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La présente invention concerne une proue à renflement qui constitue un perfectionnement des formes de rpoue à renfle- ment connues, en particulier pour le tirant d'eau prévu à la construction.
Les formes de proue dont les lignes sont conformées en renflement d'une façon quelconque doivent réduire la résis- tance aux vagues du bâtiment en décomposant les variations de niveau inévitables de la surface de l'eau, pour obtenir des économies de puissance et de combustible ou une vitesse du bâtiment conformément plus grande.
Il peut se produire également, comme effet. secondaire indésirable du renflement, une incidence sur la composante de résistance due à la viscosité, à savoir tant une altération (par suite d'un décollement sur le corps du renflement) qu'une amélioration (par réduction du décollement pour des formes de proue très pleines.
D'autres effets secondaires possibles d'uenflement de proue résident par exemple dans l'influence exercée sur les projections d'eau produites à l'étrave et sur le comportement à la houille.
En ce qui concerne l'effet produit par, respective- ment l'efficacité d'un renflement de proue, oa reconnu généra- lement dans le passé les règles suivantes: 1- Le corps de renflement doit être disposé bien en dessous de la ligne de flottaison prévue à la construction (sec- tion en forme de goutte au voisinage de la verticale avant) voir par exemple W.C.S. Wigley "The Theory of the Bulbous Bow and its
Practical Application", NECI Vol. 52 (1935/36), page 65 ; H.E.
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Saunders 'Hydrodynamics in Ship Design", New-York 1957; A. Lindblad "Experiments with Bulbous Bows", SSt'A - compte rendu n 3, Gôteberg, 1944; A. Lindblad "Further Experiments with Bulbous Bows", SSPA - compte rendu N . 8, Gôteberg 1948; W.P.A. van Iammeren und J.J. Muntjewerf "Research on Bulbous Bow Ships", Intern. Shipb. Progr. 12 (1965) N 136, page 459);
2- Des améliorations rentables ne peuvent être ob- tenues généralement que pour la navigation avec du lest (voir par exemple : W. P.A. van Iammeren und J. J. Muntjewerf "Research on Bulbous Bow Ships", Intern.
Shipb, Prbgr. 12 (1965) Ne. 136, page 459), et
3- elles ne peuvent être obtenues que pour un rapport vitesse: longueur relativement grand (voir par exemple les références données en 1. ci-dessus et, en outre, I. Mirosnicenko "Mors. Flot", Moskva,25 (1965) H. 5, S. 37 et voir également Schiffbaunachrichten, Rostock, 1 (1965) fasc. 3, page 39).
Toutefois, ces règles ne doivent être considérées comme lois physiques que sous réserves et c'est pourquoi il est tout à fait possible d'élargir la portée d'une application avan- tageuse du renflement de proue. On sait qu'il en a déjà été ainsi au cours des dernières années en ce qui concerne le rap- port vitesse: longueur; les cargos et les bateaux-citernes de très grande longueur de construction moderne sont construits presque sans exception avec une proue à renflement et il est connu qu'on a obtenu de cette façon, dans de nombreux cas, des améliorations considérables malgré la vitesse en général relativement faible par rapport à la longueur, tout au moins dans la navigation avec. du lest.
Cet état de chose devrait en partie s'expliquer par le fait que ces bâtiments naviguent déjà avec "excès d'énergie" pour un faible coefficient de
Froud en raison de leurs formes pleines et de leur grande
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largeur (à savoir dans la gamme de forte pente de croissance de la courbe de résistance où la résistance aux vagues constitue une partie essentielle de la résistance totale), mais aussi vraisemblablement en partie par le fait que le décollement de l'écoulement produit par des lignes de proue très pleines au fond du bâtiment peut être réduit par le renflement de proue (voir R. Davidson "A new Approach to the Analysis and Design of the Bulbous Bow", Intern. Shipb.
Progr. 1956 N . 146, page 317),
En ce qui concerne les deux règles mentionnées en premier, elles s'imposent mutuellement : les variations de pression produites par le corps de renflement à la hauteur de la ligne de flottaison prévue à la construction sont d'autant plus faibles et, par conséquent, l'influence de ce corps sur le profil des vagues qui en résulte est d'autant moindre que le corps de renflement est disposé plus profondément en dessous de la ligne de flottaison prévue. Pour cette raison, un renflement profondément immergé doit avoir, afin de pouvoir améliorer effectivement la résistance due aux vagues pour le tirant d'eau prévu à la construction, une grandeur qui soit indiscutable pour d'autres raisons (décollement hydrodynamique, chocs hydrodyna- miques à haute mer.
Il peut d'ailleurs arriver également que l'amélioration de la résistance par un renflement disposé pro- fordément sous la ligne de flottaison prévue à la construction soit plus grande pour le tirant d'eau prévu à la construction que pour le tirant d'eau avec du lest (voir I. Mirosnicenko "Mors. Flot", Moskva, 25 (1965) H.5, S, 37 et voir également Schiffbaunachrichten, Rostock, 1 (1965) fasc. 3, page 39).
Toutefois, ce fait n'est pas en contradiction avec l'exposé précédent des relations physiques, mais il prouve seulement que l'élévation de résistance due au décollement, pour une forme
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non appropriée du corps de renflement, peut être parfois plus grande que l'amélioration de la résistance aux vagues.
Il résulte essentiellement du mode d'action du renfle- ment de proue indiqué en 1. que les conditions préalables pour influencer efficacement le profil des vagues et pour améliorer la résistance aux vagues sont d'autant plus favorables que le renflement est disposé plus près en dessous de la ligne de flot- taison correspondante. L'expérience a même montré qu'une émer- sion partielle du corps de renflement pour une vitesse nulle n'est tout au moins pas nécessairement désavantageuse (voir par exemple A. Nutku "Waterline Bulb on High Speed Boats", Naval Engineers Journal, 77 (1965) N 6, page 943; D. Csupor und A.
Borreguero : "Versuchsergebnisse mit dem neuen, Maierform SV-Bug", Schiff u. Hafen 18 (1966) 11, page 783 et voir également Holland Shipbuilding 15 (1966) N . 8, page 50 et brevet allemand N .
1.202.165).
En raison de ces faits, on pourrait conclure que même pour le tirant d'eau prévu à la construction, des améliorations considérables de la résistance aux vagues, ainsi que de la résistance totale lorsqu'on supprime le décollement hydro- dynamique, doivent pouvoir être obtenues lorsque le corps de renflement est disposé plus près que cela a été courant jusqu'à présent en dessous de la ligne de flottaison prévue à la cons- truction. Des essais ont donc également été effectués pour rechercher l'influence de la profndeur d'immersion sur l'effet produit par un renflement disposé dans la zone de la ligne de flottaison (voir A.
Nutku "Waterline Bulb on High Speed Boats", Naval Engineers Journal, 77 (1965) n 6, page 943). $Comme résultat de ces recherches, on utilise un renflement fuselé (corps de révolution de forme hydrodynamique) disposé légèrement incliné avec un axe de symétrie à peu près à la hauteur de
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la ligne de flottaison prévue à la construction. En outre, sous ce rapport, on doit mentionner la "proue en V et S de Maier" (voir D. Csupor und A. Borreguero :"Versuchsergebnisse mit dem neuen, Maierform SV-Bug", Schiff u. Hafen 18 (1966) 11, page 783 et voir également Holland Shipbuilding 15 (1966) N . 8, page 50), dans laquelle le centre de gravité de l'air de sec- tion transversale se trouve sur la verticale d'avant au-dessus de la moitié du tirant d'eau prévu à la construction.
Etant donné que cette section caractéristique s'étend vers le haut jusqu'à la ligne de flottaison prévue à la construction et vers le bas en forme de V jusqu'à la base, on obtient un profil de proue à peu près en forme d'un "S" stylisé (analogue à un caractère runique, ce qui a donné son nom à ce renflement).
Ces deux formes ou dispositions de renflement.mention- nées en dernier lieu constituent déjà un élargissement du domaine d'application des renflements de proue par rapport aux règles traditionnelles 1 et 2 mentionnées précédemment.
Toutefois, il subsiste encore, dans les deux cas, certains inconvénients des constructions de renflement classiques. Ces inconvénients et les mesures appropriées pour les supprimer sont décrits dans ce qui suit.
Les inconvénients du renflement de ligne de flottaison (voir A. Nutku "Waterline Bulb on High Speed Boats", Naval
Engineers Journal, 77 (1965), N 6, page 943) résident dans le renoncement total à une influence favorable exercée sur le système des vagues pour de plus faibles tirants d'eau et à sa tendance, due à la forme fuselée, au décollement hydrodynamique.
Les inconvénients de la proue en V et S de Maier (D. Csupor et A. Bo:reguero, loc. cit.) résident également dans le renoncement à une conception optimale 'du renflement même pour des tirants d'eau avec du lest (étant donné qu'en raison
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de l'établissement du profil d'étrave typique mentionné et d'une section de renflement en V dans la partie inférieure, une adaptation simultanée de ce renflement à des lignes de flottaison différentes d'un bâtiment n'est pas possible), et en outre, dans le fait que ce renflement ne constitue pais encore la solution optimale même pour le tirant d'eau prévu à la construction.
L'affirmation mentionnée en dernier lieu peut découler comme suit de considérations théoriques générales qui sont confirmées quant à elles par les mesures de résistance et les diagrammes d'écoulement donnés par A. Nutku (loc. cit. ) pour un corps de révolution traîné à différentes profondeurs d'immersion :
Si l'on se base sur le fait que la vague de proue du bâtiment constitue l'effet des pressions hydrodynamiques positives produites à la proue (par la vitesse de navigation), il devient évident qu'un reflement de proue satisfait à son but (à savoir la suppression la plus grande possible de la vague de proue ou plutôt des vagues libres occasionnées par elle) par le fait que ces surpressions sont plus ou moins compensées par un champ de dépression propre correspondant.
L'effet du renflement, au sens strict, n'est optimal que lors- que cette compensation de pression est complète au point de faire disparaître le système de vague de proue résultant; étant donné que ceci n'est pratiquement pas possible, on peut considérer un renflement comme à peu près optimal lors- que les dépressions produites par lui ont la même grandeur que les surpressions du bateau sans renflement (en supposant une disposition correspondante du renflement dans la direc- tion longitudinale du bateau).
Si l'on considère encore que la formation des vagues dépend principalement des pres- sions hydrodynamiques au voisinage de la(surface de l'eau, il
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s'ensuit que les dépressions produites par le renflement à la hauteur de la ligne de flottaison doivent avoir autant que possible la même grandeur que les surpressions qui y sont produites par le bateau.
Etant donné que les pressions hydrodynamiques pro- duites sur un corps sont une conséquence de la déviation de l'impulsion de l'écoulement potentiel, il est évident que la grandeur des surpressions à la proue et par suite la hauteur de la vague de proue du bateau (sans renflement), d'après les considérations précédentes, est déterminée, pour une vi- tesse donnée, par l'angle d'entrée de la ligne de flottaison qui est en relation linéaire quant à lui avec la largeur de cette ligne à l'endroit de la vague de proue.
La largeur de ligne de flottaison du corps de renfle- ment (se déplaçant sans le bateau) nécessaire pour produire une zone de dépression de grandeur à peu près égale peut être plus faible en raison de la plus grande courbure de ses lignes d'écoulement sur la paroi, mais elle représente encore dans chaque cas un pourcentage important de la largeur de la ligne de flottaison du bateau à l'endroit de la vague de proue, car en pratique, des limites très strictes sont imposées à une courbure des côtés du renflement en vue d'augmenter la dépres- sion par la tendance au décollement d'un tel écoulement.
Il en résulte par suite comme condition indispensable pour un effet optimal du renflement que le corps de renflement doit avoir dans chaque ligne de flottaison une largeur finie (importante relativement à la largeur de la ligne de flottaison du bateau à l'endroit de la vague de proue). Etant donné que ceci n'est pas valable pour la proue en V et S de Maier pour le tirant d'eau prévu à la construction, il ne peut pas être optimal, ce qui confirme l'opinion donnée plus haut.
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En pratique, le choix de la largeur du corps de renflement dans la ligne de flottaison prévue à la construc- tion (et dans les lignes de flottaison inférieures) ne peut pas être effectué seulement d'après les points de vue exposés ci-dessus de la résitance au vagues, mais on doit également tenir compte de la nécessité d'éviter le décollement hydrody- namique et la formation de projections d'eau.
On sait que la tendance à la formation de projections d'eau à l'étrave est d'autant plus faible que l'angle sous le- quel les couches d'eau les plus hautes de la vague de'proue arrivent sur l'étrave est plus petit. Sous ce point de vue, il est évident que le renflement de'proue le plus avantageux pour le tirant d'eau prévu à la construction est un renflement qui s'étend à peu près jusqu'à la hauteur'de la vague de proue du bateau sans renflement au-dessus de la ligne de flottaison pré- vue à la construction, car dans ce cas, l'eau de la vague de proue poussée en avant par le renflement peut s'écouler, tout au moins en partie, latéralement avant d'être refoulée à la partie verticale de l'étrave.
Etant donné que la formation de projections d'eau est également liée à une résistance, sa suppression ou son affaiblissement signifie non seulement un meilleur comportement en mer, mais aussi une économie de puis- sance supplémentaire.
Les avantages expliqués ci-dessus d'un renflement de proue incomplètement immergé pour une vitesse de navigation nulle ee manifestent naturellement d'autant plus fortement que la ligne de flottaison du bateau est plus pleine et plus émoussée. Pour cette raison, une conception optimale du renflement pour le ti- rant d'eau prévu à la construction assure les plus fortes éco- nomies moyennes même lorsqu'une adaptation particulière de la forme de renflement dans la zone de tirant d'eau inférieure @
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la forme du tirant d'eau avec du lest n'est pas effectuée. Mais en fait, conformément à l'invention, les dimensions et la dispo- sition des aires de section transversale du corps de renflement doivent être conçues de façon optimale (autant que possible) pour toutes les positions de flottaison importantes du bateau.
Etant donné qu'en raison de la très grande diversité de forme et de vitesse des bateaux, pour une telle conception, il en résulte aussi nécessairement des dimensions et des dispo- sitions très différentes des surfaces de renflement, la forme de renflement de l'invention ne peut pas être définie par des indications numériques dans des gammes de dimensions ou de sur- faces caractéristiques déterminées (à peu près comme indiqué dans le brevet allemand n 1. 202.165) ou en s'arrêtant à une forme déterminée du profil d'étrave ou de l'aire de section transversale à la verticale antérieure (comme indiqué par D. Csupor et A. Borreguero, loc. cit.).
Trois formes de réalisation possibles du 'profil d'étrave du renflement de proue suivant l'invention sont re- présentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé.
La fig. 1 montre le profil d'étrave pour des bateaux de faibles différences des tirants d'eau. les fig. 2 et 3 montrent des profils d'étrave pour des bateaux de plus grandes différences des tirants d'eau, pour des formes de membrures différentes.
Pour les raisons mentionnées ci-dessus, on renonce à une représentation d'exemples de-réalisation de la forme de section, d'autant plus que cette forme est largement déterminée par le profil d'étrave.
Les caractéristiques de la forme de proue suivant l'in- vention, présentant un renflement en saillie au-delà de la ver- ticale d'avant en dessous de la ligne de flottaison à la cons-
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truction A sont (1) que le corps de renflement attend vers le haut jusqu'au-delà de la ligne de flottaison A et (2) que le profil d'étrave et la forme de section du renflement sont étudiée en fonction de la vitesse prévue et de la forme du ba- teau on même temps pour toutes les positions de flottaison importantes du bateau,,@
Toutes les dimensions a, b, c, et d, mentionnées à la fige 1, sont donc essentiellement supérieures à zéro, mais en raison de la seconde caractéristique,
elles ne peuvent pas au demeurant être exprimes par une valeur numérique.
Aux fig. 1, 2 et 3, B désigne la base et V la verticale d'avant.