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"Nouvelle structure de étions de poupe et de lignes de flottaison pour navire$ à une seule hélice présentant un bloo coefficient supérieur à 0,78".
L'invention a pour objet la structure de sections de poupe et de lignea de flottaison sur des navire* présen- tant une forme pleine et elle est applicable à toua les ty- pes où l'on utilise une seule hélice dans l'axe du navire.
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La structure de poupe des navires de forme pleine a teneurs posé des problèmes@ particulièrement lorsqu'on veut obtenir de bonnes lignes d'écoulement et des vitesses de sillage transversale et longitudinale uniformément dis- tribuées dans l'erre de l'hélice. Les caractéristiques de @illage et de déduetion de poussée sont normalement médio- cres pour les navires de forme pleine, d'autant plus que le rondement de propulsion *et faible, ce qui signifie qu'il faut une puissance disproportionnée pour propulser le navire*
Sur certains types de navires à grande vitesse,
on utilise une poupe du type "transom" afin de permettre la séparation de courant à l'extrémité arrière et d'accroître ainsi le rendement de propulsion. Toutefois, lorsqu'il n'agit d'un navire présentant une hélice axiale, il faut utiliser un talon dont le rôle principal eat de permettre à l'arbre d'hé- lice de sortir du navire de façon que l'hélioe puisse être fixée à l'extrémité extérieure de l'arbre. Aussi, le talon est-il nécessaire pour un navire à une seule hélice à poupe "transom", mais cette caractéristique tend a réduire le ren- dément de propulsion du navire.
L'invention consiste esentiellement à prévoir des sections de poupe qui proourent des "lignes de fesses" à profil doux, ce qui empêche la séparation d'écoulement et diminue la valeur de la "fraction de sillage". En outre, elle permet de placer l'hélice plus en avant et à distance de la perturbation d'écoulement normalement produite par la coque. Ainsi, la déduction de poussée est réduite et ce- la, combiné avec la réduotion de la "fraction de sillage", permet de propulser très efficacement un navire de forme pleine.
Pour permettre de placer l'hélioe plus en avant et sont à distance de la coque, deux entretoises disposées en V/aus-
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pendues verticalement à la ooque, l'extrémité arrière.
Ces entretoises ont une section d'aile portante et font un angle approprié avec l'axe longitudinal du navire, afin de présenter le minimum d'obstacle à l'écoulement de l'eau vers l'hélice. Les entretoises sont coulées d'une seule pièce avec un moyeu dans lequel est installe le palier de l'arbre d'hélice. Une entretoise verticale descend depuis ce moyeu jusqu'à un niveau situé légèrement au-dessus de la ligne de base du navire, niveau où elle est arrondie et se dirige ho- rizontalement vers l'arrière pour former ce que l'on appelle une "semelle", qui relie le bas de l'entretoise verticale au bas de l'étambot.
L'extrémité supérieure de l'étambot est fixée au plafond de cale, dans les limites de la poupe "tran- som". L'arbre d'hélice est réuni à la première longueur in- termédiaire d'arbre qui est disposée et supportée hors de la coque. Cette disposition permet, en cale sèche, de retirer di- rectement l'arbre d'hélice. La deuxième longueur d'arbre in- termédiaire est supportée dans un tube de poupe de structure usuelle et est logée à l'intérieur de la structure de poupe du navire. Cet arbre est muni d'un accouplement détachable qui permet de retirer l'arbre directement du coté de la cale sèche.
Le but principal de l'invention est d'améliorer les caractéristiques de "sillage" et de "déduotion' de poussée" de la propulsion autonome dans une coque de forme pleine.
En outre, on obtient une simplification dans la construction du navire à son extrémité arrière en même temps qu'une dimi- nution des frais de construction et d'entretien.
Si le sillage est amélioré avec cette structure de poupe, cela vient du fait que les lignes de fesses suivent
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une courbe relativement douce et que l'écoulement de l'eau se fait par dee plane diagonaux le long de la surface de la forme de coque, à l'extrémité arrière.
Si les caractéristiques de déduction de poussée" de l'hélice sont améliorée, c'est parce que l'hélice peut être placée plus en avant aveo cette structure de poupe qu' aveo toute autre actuellement utilisée. En outre, l'incidence des vibrations imprimées à la coque par l'hélice est réduite par le fait que l'hélice eet placée plus loin de la coque.
Cette disposition permet aussi le retirer directement l'ar- bre d'hélice du coté de la cale sèche et facilite grandement les réparations. Avec une poupe ordinaire, il faut retirer vers l'intérieur du navire l'arbre porte-hélice d'un navire à une seule hélice pour l'enlever ensuite, ce qui nécessite un travail considérable.
La nouvelle structure de sections de poupe permet aussi d'assigner un coefficient prismatique beauooup plus élevé à l'arrière d'une coque de forme pleine sans réduire le rendement de propulsion. Cela signifie que pour un système donné de dimensions physiques directrices, le déplacement, et par conséquent la capacité de cargaison du navire, peut être accru sans que le rendement de propulsion en souffre.
Ces buts ainsi que d'autres bute de l'invention ap- paraîtront dans la description détaillée ci-après et sur les dessins annexés, sur lesquels, la figure 1 est un profil de la poupe d'un navire suivant l'invention, montrant le nouveau montage de l'hélice et de la ligne d'arbres; la figure 2 est une demi-coupe de l'arrière de la coque, relevée aux couples indiqués sur la figure 1; la figure 3 est une vue par dessous de l'arrière de la coque de la figure 1, maie montrant les lignes de flot-
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triton dans l'alignement de la poupe; la figure 4 cet une vue par dessous à plus grande échelle montrant l'hélice, la ligne d'arbre. et le gouveraail;
la figure 5 est une coupe longitudinale dans l'axe du tube de poupe suivant l'invention; la figure 6 est Une vue par dessous du cône de belle eau fixé à l'extrémité arrière du tube de poupe; la figure 7 est une coupe transversale du cône de belle eau fixé à l'extrémité arrière du tube de poupe, lui- vant la ligne 7-7 de la figure 5; la figure 8 est une coupe transversale du tube de poupe suivant la ligne 8-8 de la figure 5; la figure 9 est une coupe longitudinale du moyeu qui est suspendu par les entretoise. en V et qui loge le palier d'arbre d'hélice;
la figure 10 est une coupe transversale des entre- toises en V par lesquelles est suspendu le moyeu qui loge le palier d'arbre d'hélice; la figure 11 illustre la façon dont les "pal@e" situées à l'extrémité supérieure des entretoises en Y sont fixées aux poutres longitudinales à l'intérieur de la coque, le tout vu suivant la ligne 11-11 de la figure 10; la figure 12 est une vue similaire à la figure 1 maie montrant le profil d'un navire de type usuel ayant une poupe de forme pleine; la figure 13 est un demi-coupe de l'arrière du navi- re de type uauel de la figure 12; la figure 14 est une graphique de vitesse et de puissance à l'arbre d'un navire de 71.350 tonnée ayant une structure de poupe suivant l'invention;
la figure 15 est un graphique de vitesse et de puis- sance à l'arbre d'un navire de 60.442 tonnes ayant une atruo-'
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ture ueuelle de poupe de torse pleine, du type représenté par les figures 12 et 13.
On se référera maintenant aux dessine et partiouliè- rement aux figures 1 à 4; les sections de poupe de la ooque ont été conçues pour compléter l'avant du navire conçu sui- vant les principes indiquée dans la demande de brevet cana- dien N 855.587 déposée le 9 août 1962 au nom de la demande-- resse. Toutefois, il est entendu que le type de poupe décrit ci-après peut être utilisé avantageusement aveo tout autre ty -pe de structure de coque avant.
Sur la figure 1, les lignes de fesses 6 sont tracées individuellement pour définir la surface do la coque suivant des lignes longitudinales espacées vers l'extérieur par rap- port à l'axe du navire, aux distancée indiquées sur chaque ligne de fesse et correspondant à l'espacement transversal indiqué sur la figure 2.
Ces/lignes de fesses 6, comprenant l'axe longitudinal 7 à la surface de la coque, décrivent une longue courbe vers l'avant et vers le bas en partant de la ligne médiane de la poupe en 8, au-dessus de la ligne de flottaison à 12 m, en arrière du poste n 1, jusqu'en avant du poste n 6, les lignes 6 s'étendant vers l'avant sur une distance égale à au moins deux fois et demie la hauteur de la ligne de flot- taison en pleine charge et au-deasus de la ligne de base du navire.
Les lignes de flottaison 2 à la surface de la coque sont indiquées sur la figure 3. Ces lignes .2 combinées aveo les lignes de fesses 6 définissent une surface de coque qui présente une courbe douée et allongée en partant de la section maximum du corps plein en avant du poste n 8 pour arriver à l'extrémité arrière du navire, au-dessus de la ligne de flottaison à 12 m, en arrière du poste n 1.
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Les lignes de coupe transversale 10, prises aux pos- ten 1 à 8, sont représentées par la figure 2. Les courbes de contour de surface 11 de la section arrière de la coque 3. sont prisée dans des plane diagonaux 12. On notera que ces courbée de contour de surface 11, tracées dans des plana dia- gonaux comme le montre la figure 2, coïncident exactement avec les diagonales respectives 12. Cela assure un écoulement très satisfaisant de l'eau vers l'hélice.
La surface de la aeotion arrière de la coque 5, définie par lee lignée 6,9 et 10 des figure. 1, 2 et 3, four- nit une zone ouverte considérable entre la ligne de base 13 et la surface de la coque sous la poupe. Cette grande zone ouverte cet utilisée pour un nouveau montage d'hélioe qui permet de placer l'hélice beauooup plue en arrière et à distance de la surface adjacente de coque qu'il n'est possi- ble avec une poupe de structure ordinaire comme celle de la figure 12.
Le nouveau système de montage de l'hélice est in- diqué en contour sur les figures 1, 2 et 3 et en détail sur les figures 9, et 10, et il est suspendu à la portion infé- rieure de la portion de poupe de la coque, en avant et à dis- tance de la surface adjacente courbée vers l'avant et vers le bas.
L'hélice 20 est montée sur l'arbre porte-hélice 21. relativement court, qui est lui-même supporté par un palier 22 situé dans le moyeu suspendu à deux entretoises ver- ticales 24 disposées en V et fixées aux niveaux inférieurs : 25,dans les limites de la poupe "transom". Les entretoises
24 ont une section d'aile portante, leur grand axe étant di- rigé longitudinalement par rapport au navire, et font un angle approprié avec l'axe longitudinal du navire de manié- re à présenter le minimum d'obstacle à l'écoulement de l'eau vers l'hélice.
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Une entretoise verticale 3µ, aussi à seotion 4"aile portante, fait saillie vers le bas par rapport au moyeu 23,
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dans l'axe du navire, jusqu'à une courte distance de la 11en' :1 de ba.. 11 du navire. L'.xirú1t' inférieure de cette entre , toise 26 est arrondis à son bord ant4rieur et *'avance onnui- te vers l'arrière en 2 pour et réunir à l'extrémité 1nt'. rieure de l'étambot 28. L'extréaité supérieure de lldt bot 28 est rattachée aux niveaux inférieurs dans les limites de la poupe "transom" de façon similaire aux entretoises en
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±±.
Le gouvernail 2, cet tonte sur l'itaabot de fa- çon bien connue et est aotionné par un appareil à gouverner, non représenté, de l'intérieur du navire.
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Les extrémités supérieures en palae des entretoi- ses 24 font saillie à travers des ouvertures du bordage 31 de la coque et sont rivetées à des poutres longitudinales 34. L'ouverture du bordage est rendue étanche par des plaque. d'insertion soudées 32. Toute la structure située à l'inté- rieur de la ooque du navire cet fixée à des poutre. trans- versales adjacentes de manière à assurer une rigidité absolue de la monture d'hélice.
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Il monture de la ligne d'arbres à l'intérieur du na- vire, reliant la machine à l'hélice gg, lit constituée p# un tube de poupe monté dans les poutres transversales 36 et fixé à la poutre transversale 37 et à la poutre longitudinale centrale 8 par l'embase 39 dirigée vers le haut. L'extrémité arrière 40 du tube de poupe 35 fait saillie à l'extérieur
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de la ooque 2 de la façon repréeentée aur lea figure. 5 @% 6.
Le deuxième arbre intermédiaire il est monté clan. le
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a01.tî (fI!(..." l'arbre premier arbre iatoraéàia1r0 est aoup1éè/li et à l'arbre porte-hélice 2, et, lorsqu'il est .J
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désaccouplé, il permet de retirer l'arbre porte-hélice 21 de son palier 22 vers l'avant et de le retirer directement du coté de la cale sèche.
De même, quand l'arbre 42 est désaccouplé, on peut retirer l'arbre 41 du tube de poupe 35, directement vers l'arrière et vers la cale sèche*
Un cône de belle eau 43 entoure la portion du tube de poupe qui fait saillie à l'extérieur de la coque 3. tandis qu'un cône de belle eau 44 enferme l'extémité arrière du tube de poupe 35 et l'accouplement 45 qui relie entre eux les arbres .il et 42. Une plaque de fermeture de coque
46 est située immédiatement au-dessus du cône 44 de manière à bouoher de façon permanente le vide 48 de la coque, à l'en- droit où l'extrémité arrière du tube de poupe passe à tra- vers le bordage.
Le cône 44 et la plaque de bolle eau 47 sont tous deux amovibles et sont fixés en place à l'extrémité du tube de poupe par des vis en laiton appropriées.
Un cône est fixé à l'extrémité avant du moyeu porte-hélice et enferme l'extrémité antérieure du palier
22 et de l'accouplement 50 qui relie l'arbre porte-hélice 21 à l'arbre intermédiaire 42.
La structure de la charpente de poupe du type ou- vert, décrite ci-dessus, est suffisamment solide pour suppor- ter l'arbre porte-hélice 21 et le gouvernail 29 pendant que le navire est en mer, et sert aussi de support à l'extrémité .en surplomb de la poupe quand le navire est en cale sèche.
La structure de ce type ouvert de charpente de pou- pe est aussi l'une des caractéristiques saillantes de l'in- vention et les avantagea qui en découlent sont énumérés ci- dessous:
1) Elle permet de placer l'hélice plue loin de la coque, comme on le voit sur la figure 1, et par suite, l'écoulement de l'eau vers l'hélice est moins entravé qu'il ne le serait
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normalement avec une poupe usuelle, comme le montre la figu- re 12. Il y a lieu de noter spécialement la double courbure des lignée de fesses sur la figure 12, car cette caraotérie- tique aboutit à un rendement médiocre sur les formes pleines de coque, avec le type usuel de poupe.
Les vibrations commu- niquées à la coque par 1'hélice se font aussi sentir davan- %age sur une coque de forme pleine avec une structure de poupe comme celle de la/figure 12.
2) Avec cette nouvelle structure de charpente de poupe, on peut prévoir un arbre d'hélice relativement court et quand il est nécessaire d'inspecter le palier supporté par les
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entretolsee en V, on peut retirer directement l'arbre d'héli- 'J ') ----;" ce/de la cale oéohe après avoir retiré un court tronçon d'arbre intermédiaire 42. comme le montre la figure 1. Avec une dia- position comme celle de lafigure 12, il faudrait retirer l'arbre d'hélice vers l'intérieur du navire et, pour y ef- fectuer des réparations, il faudrait le retirer de la salle dee machines au moyen d'une grue de quai, en passant par la claire voie de la salle des machines, ou par un trou à décou- per dans la coque du navire. Tout cela exige des dépenses et du temps.
3) Contrairement aux seotions de corps d'un navire or- dinaire présentant des lignes comme celles de la figure 13, le bordage n'a pas besoin d'être chauffé et façonné suivant le oontour transversal de la charpente de poupe, et en parti- culier dans l'alignement du moyou. Les extrémités supérieures des entretoises en V, 24, et de l'étambot 28 passent simple- ment à travers des ouvertures prévues dans le bordage pour permettre la fixation de leurs extrémités 30 à des poutres longitudinales situées à l'intérieur de la coquo. On bouche ensuite les ouvertures en soudant des plaques d'insertion 32 autour du contour de chaque entretoise en V et du contour
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de l'étambot afin de rendre la coque étanohe.
Afin d'établir que cette nouvelle structure de pou- pe augmente considérablement le rendement de propulsion d'un navire, les inventeurs ont fait de* essaie de résistance et de propulsion au laboratoire du National Reaearoh Counoil, Ottawa (Canada). Les résultats de ces essais sont indiquée sur la figure 14. La maquette essayée représente un navire de 227 m de longueur et 31,7 @ de largeur, chargé jusqu'à un tirent d'eau de 11,7 m. Le déplacement est de 72.400 t. Il y alieu de noter que pour atteindre une vitesse de 17 noeuds, il faut une puissance à l'arbre de 17.800 oh.
La section d'avant de la maquette essayée oomportait un bulbe sur le ringlan, selon les détails contenue dans la demande de bre- vet citée plus haut.
Sur la figure 15, on a représenté les résultats des essaie de résistance et de propulsion effectuée sur une maquette représentant un navire de 216 a de longueur et 30,2 m de largeur, chargé jusque un tirant d'eau de 10,8 m.
Le déplacement est de 61.300 t. Il y a lieu de noter que pour réaliser une vitesse de 17 noeuds, il faut une puissan- ce à l'arbre de 19.800 ch. Ce navire comporte un bulbe sur le ringlan selon les détails contenue dans le brevet déjà cité, mais les sections de poupe sont de structure usuelle, similaire à ce que montrent les figures 12 et 13.
La conclusion à tirer de cette comparaison est que la nouvelle structure de poupe suivant l'invention permet de propulser à 17 noeuds le grand navire, dont le tonnage dépasse de 11.100 t. celui du navire plus petit, aveo une demande de puissance inférieure de 2000 oh à oelle qui est nécessaire au petit navire=
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Récapitulation des avantages et caractéristiques originales de la nouvelle structure de poupe ouverte suivant 1'invention..
1) La géométrie dea sections d'arrière assure l'ob- tention de lignes de fesses douées et ce fait, joint au fait que les courbée de contour de surface tracées dans des plans diagonaux comme le montre la figure 2 coïncident exactement avec la diagonale respective. Maure un écoulement très satis- faisant de l'eau vers l'hélice. Les essaie en bassin de ca- rène ont montré que la "fraction de sillage" cet notablement plus faible, dans un navire présentant ce type de poupe, que dans le cas d'une poupe de type traditionnel.
2) Le coefficient prismatique de l'arrière d'un na- vire peut être accru avec cette structure de poupe, oc qui permet de concevoir un navire présentant un bloc coefficient beaucoup plus élevé, sans augmenter excessivement la résis- tance à la propulsion. Cela signifie que pour un système don- né de dimensions physiques directrices et de prix de revient de construction, on peut porter sur le navire un poide mort plus élevé pour un tirant d'eau donné avec cette structure originale de poupe.
3) La géométrie adoptée pour les sections d'arrière permet de construire plus rapidement les couples et le bor- dage de cette partie de la coque, ce qui entraîne une réduc- tion du coût de la construction. En outre, le navire présen- te une plus grande largeur à son extrémité arrière, à un niveau où la machine principale de propulsion est installée dans les navires tels que les navires citernes et les navires pour cargaison en vrac, où la machine est installée à l'estré -mité arrière.
4) La structure de charpente ouverte de poupe, dé- crite ici et qui fait partie intégrante de l'invention, en association avec la géométrie adoptée pour les sections d'ar-
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rière décrites plus haut, permet de placer l'hélice plua en arrière que sur un navire présentant des sections d'arrière traditionnelles et une charpente de poupe usuelle. les essis en bassin de carène ont confirmé le fait que ai l'on place une hélice plus en arrière et par conséquent plus loin des seotions d'arrivé de la coque qui entravent l'écoulement libre de l'eau vers l'hélice, cela diminue considérablement la "fraction de déduotion de poussée".
La diminution de la "fraction de déduction de poussée" est représentée par un gain net de "rendement de propulsion" du navire.
5) La charpente de poupe ouverte permet aussi de retirer direotement du coté de la cale sèche l'hélioe et l'arbre porte-hélice d'un navire équipé d'une seule hélice, en vue des réparations ou de l'entretien, tandis que sur un navire de type similaire maie présentant des seotione tra- ditionnelles de corps de poupe, il faut retirer l'arbre d'hé- lioe vers l'intérieur de la coque d'où il faut l'enlever au moyen d'une grue par la claire voie de la salle des machinée ou par un trou spécialement prévu à cet effet dana le borda- ge de la coque. C'est là une opération très longue et coû- teuse.
6) Aveo la oharpente de poupe ouverte, jointe à la géométrie des sections de corps arrière suivant l'invention, on élimine l'incidenoe des vibrations communiquées à la co- que par l'hélice, grâce à la distance plus grande entre l'hé- lice et les sections de corps en avant de celle-ci.
7) L'écoulement libre de l'eau dans des plans dia- gonaux le long de la surface du corps arrière assure un ailla -ge plus uniforme dans lequel l'hélice fonctionne. Il s'en- suit que l'on élimine le couple élevé et les variations de poussée produites dans l'hélice par l'écoulement d'eau rela- tivement perturbé qui se produit dans un navire présentant des seotions traditionnelles de corps de poupe.