EP0183754A1 - Procede mecanique pilote de deformation laterale de la structure d'un catamaran. - Google Patents
Procede mecanique pilote de deformation laterale de la structure d'un catamaran.Info
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- EP0183754A1 EP0183754A1 EP19850902566 EP85902566A EP0183754A1 EP 0183754 A1 EP0183754 A1 EP 0183754A1 EP 19850902566 EP19850902566 EP 19850902566 EP 85902566 A EP85902566 A EP 85902566A EP 0183754 A1 EP0183754 A1 EP 0183754A1
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- B63B43/02—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for reducing risk of capsizing or sinking
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- B63B2015/0016—Masts characterized by mast configuration or construction
- B63B2015/005—Masts characterized by mast configuration or construction with means for varying mast position or orientation with respect to the hull
- B63B2015/0066—Inclinable masts with passive righting means, e.g. counterbalancing means
Definitions
- the present invention relates to a controlled or piloted mechanical process which allows transverse geometric pargruformation of the structure which connects the two floats of a sailing boat of catamaran type, to control at will dynamically and statically both simultaneously or separately, the angular transverse inclination of the mast, rudder, rigging and hatch supports, as well as the seat or trim of the floats on the water and / or the lateral inclination of the daggerboards or keels which are tied, at the option of the pilot or coxswain and regardless of the wind force, on the sail.
- connection structures between the flotation support elements or hulls either rigid, or mechanically or elastically deformable.
- the most widely used family in industry consists of practically non-deformable rigid connections, except for elastic displacements of very low amplitude under stress, -
- the second family less known there, consists of connections or components of this structure, deformable or orientable, piloted or not which make it possible to provide, in addition to rigid systems, a particular arrangement, either on the mast, on the fin or on the floats or foils, leading overall to more dynamic efficiency, more stability, more maneuverability, or possibly more ease of implementation during assembly and disassembly.
- said tapered float In a position of instability at the gite, that is to say in equilibrium on a single support, under the action of a strong wind, said tapered float has low penetration because it improves its lift by the dynamic pressure of l water on the outer flank of the support float, while said flat float sinks deeply of the same volume but on its flank of small section. In addition, the penetration on this edge considerably slows the boat by the contact of the swell with the support frame and the board members. Finally in this last configuration, the mast being linked to the non-deformable structure, there is a pette of propulsion by the angle of flight resulting from the wind on the wing when the boat tilts,
- the object of the invention is a process which makes it possible to combine the reciprocal advantages of the two techniques exposed by using preferentially flat floats, and / or with hulls and flat bottoms which easily plan out with the propulsion speed,
- This process makes it possible to control and control the plate or support on the water in all configurations as well as the daggerboards or keels.
- it optionally allows, in a gear reduction ratio linked to the geometric deformation of the structure, to control it in synchronism overall or by group of functions, the angular pivoting of the mast, of the rudder and rigging supports.
- a process in accordance with the invention allowing the implementation of the above-mentioned principle suitable for light boats or coastal navigation as well as for heavy cruising and competition catamarans, is characterized in that it comprises combination:
- a mechanical chassis composed of a rigid frame and transverse support arms articulated at their ends and bearing on said support bearings.
- At least one rudder and its attachment located between the hulls, articulated with the chassis, having a movement of rotation synchronous with that of the mast, in the transverse direction of the boat.
- FIG. 1 is an end view, forward side of the boat, shown transversely.
- FIG. 2 is an end rear side view of the boat, shown in the transverse direction.
- FIG. 3 and partially Figure 5 indicate the places and / or places and / or generatrices where should preferably apply the forces to control the geometric deformation of the structure, as well as the direction and / or direction of the driving forces .
- FIG. 4 is a rear view of the boat, at the heel resting on a float. This representation also indicates the equilibrium conditions.
- FIG. 5 is a front view of the boat in support bearing on two floats. This representation also indicates the possibility of lightening the mass by an effect of the "Kite" type as well as a preferential way of deforming the chassis transversely thanks to a torque arm controlled in vertical rotation by an effort due mainly to the mass of the conductor which communicates to the transverse support arms balancing of compression forces, and traction T1, which counteracts the overturning torque due to the wind on the sail.
- FIG. 6 is a front view of the boat combining the effects shown in Figures 4 and 5 that is to say against bed resting on a single float.
- - Figure 7 is a variant of Figure 6 where the mast, rudder and rigging supports are perpendicular to the upper plane of the chassis.
- the sub-assembly consisting of the rigid frame 13, forming the longitudinal upper plane of the boat and the four transverse support arms 12 constitutes the mechanical chassis connecting the floats.
- the mechanical connection of the chassis 12-13 and the support bearings 1 to the various articulations already designated constitutes the entire structure with variable geometry. - To ensure the pivoting of the root of the mast 14 in synchronization with the deformation of the chassis, the latter must pivot at two points.
- the upper articulation 15 is attached to the rigid frame 13 while that of the base is linked to the transverse support arms in their common junction medium 16,
- the rudder or rudder 17 and its attachment 18 located in the middle of the two floats is articulated according to the same functional principle as the mast root 14 at two points on the chassis, in order to pivot in synchronism with the deformation of the structure.
- the upper articulation 19 is attached to the frame 13 while that of the base 20 is linked to the transverse support arms in their common junction medium.
- the rigging support and / or hatch 21 has been arbitrarily shown integral with the articulated rudder mechanism, but it could be quite different, especially if the boat has several masts and therefore several sails. It therefore has the same articulations as the attachment of the rudder and allows whatever the angle of heel to keep constant the setting of the wing tension.
- this support has been fixed in the longitudinal axis at equal distance from the shells, but could just as easily be located on either side of this longitudinal median axis,
- FIG. 3 To describe the functional principle which makes it possible to carry out the controlled deformation of the structure, reference will be made to the drawings of FIG. 3. They indicate according to the orientation of the wind on port or starboard the possible locations of traction T or of compression C of the chassis to achieve this. According to the orientation of the wind symbolically designated by V D or V G , appearing its arrival on the right or the left of the boat, the modification of geometry is obtained by mechanically moving laterally the upper flat surface delimited by the points of articulations 4, 8, 19, 10, 6.15 with respect to the lower surface delimited by the points of articulation 5,9,20,11,7,16, For this it is necessary either separately or simultaneously, to push or pull mechanically, according to the case encountered, the facing points located diagonally.
- FIG. 4 shows the rear view of the catamaran, at the heel, resting on the leeward float,
- the conditions of static balance in this heel configuration are achieved when the torque of the engine force overturning due to the specific pressure of the wind in the sail, decomposed in a transverse plane, is counterbalanced by a resistant torque specific to the masses raised, compared to the hypothetical center of rotation, registered in the support plane of the float on the liquid element.
- the weight of the moving mass P A is that of the passenger (s) and / or the ballast, while P B is the static one specific to the boat.
- the ultimate weight of the composition of the two masses is P C.
- the force F D projected in the transverse plane of the direction of advance, applied to the center of thrust D, is the product of the surface of the sail by the pressure of the wind.
- FIG. 5 partially makes it possible to provide a mechanical variant to the principle of controlling the deformation of the structure in the transverse plane previously stated and schematically shown in FIG. 3.
- Its construction is based on a torque arm 24 linked to the chassis by supports 23 and fixed on the respective generators 6-10,7-11,4-8 and 5-9.
- This arm makes it possible to pilot at will by a vertical rotation due essentially to the mass of the driver, the deformation and consequently to control the organs which are linked to it by transmitting to the transverse support arms before and aft of the boat 12- 13, compression and tensile forces.
- This arm depending on the direction of wind direction is wedged on the right or left support of the chassis, and the resulting counter-effect is used to oppose the overturning torque due to the wind on the sail.
- the deformable structure shown in rear view of the boat is defined by the joints 8-9,10-11, the rudder support 18 and the rigging and / or hatch support 21 is shown articulated in two points 19 and 20 to the chassis in order on the one hand to keep the best penetration in water at the heel and at the rudder and for the rigging and / or hatch support the same settings wing tension on the other hand.
- the distance 19-20 is shown a little longer than the respective lengths 8-9 and 10-11, the members 18 and 21 during the deformation of the structure will have a smaller angular transverse movement than that of the support bearings 1 or floats 2.
- the support arms 12, the articulation 20 must have a degree of longitudinal freedom in the axis of the rudder.
- the deformable structure shown in front view of the boat is defined by the joints 4-5,6-7.
- the mast base 14 is articulated at two points 15 and 16 on the chassis in order to keep the maximum pressure on the sail at the heel.
- the distance 15-16 is shown a little larger than the respective lengths 4-5 and 6-7 the mast 14 during the controlled deformation of the structure will have a smaller angular transverse movement than that of the floats 2 or the support bearings 1 to which it is linked.
- support arms 12, articulation 16 must have a longitudinal degree of freedom in the axis of the mast, to absorb the difference in length.
- the pivoting of the mast and its footing will be greater or less than that of the floats, but always equivalent between the forward and aft of the catamaran, depending on the different lengths chosen between the joints, in order to be synchronous with that of the rudder and its support, and of the rigging support (s) and / or hatches, -
- the angled representation of the support arms makes it possible to increase the angle of heel of the boat by avoiding the contact of the floats which pivot under the structure.
- FIG. 7 one could equally consider that the attachment of the main functional organs such as the mast, the rudder and the sail are not pivotally linked to that of the structure, but fixed, rigid and normal to the upper chassis plane, as shown,
- the pivoting of the floats can only be controlled by the pilot and is not linked solely to the movement of the mast under the effect of the wind nor to a mechanical consequence resulting from a state of equilibrium arbitrary.
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Abstract
Procédé de pilotage synchronisé des flotteurs, du mât, du gouvernail, des dérives, des supports d'attache de voiles, appliqué aux catamarans. L'invention concerne un procédé mécanique piloté qui permet par déformation géométrique transversale de la structure qui relie les deux flotteurs, d'en contrôler dynamiquement et statiquement à la fois simultanément ou séparément, les différents constituants énoncés ci-dessus, au gré du barreur, indépendamment du vent. La structure représentée arbitrairement vue avant composée de paliers supports (1) attachés aux flotteurs (2) assure les rotations verticales (4-5 et 6-7), de bras supports (12) et d'une armature rigide (13). Le pilotage contrôlé s'effectue en déformant latéralement le châssis par un mouvement relatif entre 12 et 13. Le mât et son emplanture (14) sont articulés en (15-16) au châssis. Le même procédé côté arrière conduit aux mêmes effets pour le gouvernail et les supports d'attache de voiles. Procédé adapté aux dériveurs, croiseurs côtiers, catamarans de course-croisière, plus particulièrement équipés de flotteurs à carène plate.
Description
- Procédé mécanique piloté de déformation latérale de la structure d'un catamaran.
- La présente invention a pour objet un procédé mécanique commandé ou piloté qui permet pardéformation géométrique transversale de la structure qui relie les deux flotteurs d'une embarcation à voile de type catamaran,d'en contrôler à volonté dynamiquement et statiquement à la fois simultanément ou séparément, l'inclinaison transversale angulaire du mât,du gouvernail,des supports de gréement et d'écoutille, ainsi que l'assise ou l'assiette des flotteurs sur l'eau et/ou l'inclinaison latérale des dérives ou quilles qui leurs sont liées, au gré du pilote ou barreur et indépendamment de l'effort du vent, sur la voile.
- Pour réaliser de tels systèmes sur des bateaux de type trimaran ou catamaran, il est connu d'utiliser des structures de liaisonnement entre les éléments supports de flottaison ou coques, soit rigides,soit déformabies mécaniquement ou élastiquement.
- La famille la plus répandue industriellement consiste en liaisons rigides pratiquement indéformables, si ce n'est des déplace -ments élastiques de très faible amplitude sous contrainte, - La seconde famille, là moins connue, consiste en liaisonnements ou en composants de cette structure,déformabies ou orientables, pilotés ou non qui permettent d'apporter en plus des systèmes rigides un aménagement particulier,soit sur le mât, soit sur la dérive ou sur les flotteurs ou foïls, conduisant globalement à plus d'efficacité dynamique,plus de stabilité, plus de manoeuvrabilité, ou éventuellement plus de facilité de mise en oeuvre au montage et démontage. Comme l'oboet de l'invention s'apparente à cette deuxième famille, il a été recensé dans les différentes constructions connues de type monocoque et multicoques des procédés ou dispositifs de construction particuliers propres à chacune des catégories ayant une relative similitude dans les fonctions, et qui, associées ensemble conduisent en un seul procédé nouveau à l'objet de l'invention revendiquée,qui rappelons le se limite essentiellement aux bateaux de type catamaran, et conduit à des effets opposés ou différents de ceux recherchés antérieurement.
Il est important de souligner qu'entre les différentes catégories d'embarcations,qu'il s'agisse de catamarans ou de
trimarans,dans un même souci d'efficacité dynamique ou de conduite, de part leurs propres constructions et fonctionnement,les moyens d'y parvenir sont assez différents.
- Citons sur les trimarans construits généralement autour d'une coque centrale et de deux flotteurs ou foils stabilisateurs situés de part et d'autre de celle-ci,la possibilité:
- d'orienter l'angle d'incidence du mât face au vent (Brevets n° 2.498.551 et nº 1.005.089).
- d'en améliorer la manoeuvrabilité par un effet d'appui réactionnel ou de carre des flotteurs plats ou de foïls s'opposant à l'action latérale du mât et par conséquent du vent (Brevets nº1.455.644;n°2.529.854 et 3.929.085).
- de laisser de petits degrés de liberté aux flotteurs dans plusieurs directions pour une meilleure trainée, et plus d'efficacité dynamique (Brevets n°1.511.537 et nº2.531.398).
- d'en améliorer la stabilité par des bras articulés qui éloignent les flotteurs latéraux (Brevet nº2.516.042) ou qui en diminue la pression vélique sur le mât (brevet n° 2.067.148).
_ Citons sur les catamarans construits généralement autour de deux coques identiques la possibilité de:
- retarder et d'accentuer l'angle de fuite du mât lié à la voile au basculement ou gîte afin d'en diminuer la pression vélique par un jeu d'embiellage entre flotteurs qui concourre également au redressement de l'embarcation. (Brevet n° 1.521.062).
- de s'opposer au basculement, par un appui réactionnel ou dit de carre des flotteurs plats et/ou fonds plats qui réagissent en pivotant transversalement à l'inverse du mât d'un angle approprié par un jeu d'articulations choisies (Brevet nº1.180.318).
- de maintenir indépendamment du pilotage, par des bras stabilisateurs liaisonnant deux flotteurs,formant ainsi un parallélogramme, le plus à plat possible le flotteur d'appui sur l'élément liquide (brevet n° 3:841.251). - Citons enfin sur certains monocoques et/ou catamarans la possibilité de: - d'agir sur l'effet planant de la dérive qui
pivote élastiquement dans un plan transversal au sens d'avance(Brevet n°2.424.180) ou de réglage séparé de pivotement angulaire sous là ou les coques pour le même office (Brevet nº1.393.432 et nº 1.105.366). -commander, d une manière asservie ou synchronisée en pivotement angulaire, le mât et la quille (Brevet nº 3.903.827). - L'innovation recherchée consiste donc dans la réunion et dans l'utilisation en synchronisme de ces différents dispositifs connus,même utilisés dans un fonctionnement opposé à celui du modèle représenté en dessins et figures, adapté aux bateaux à un,deux ou trois supports de flottaison, et à les conjuguer ensembles dans un catamaran afin de réaliser un procédé qui recherche un effet mécanique inverse, c'est à dire le basculement ou gîte et l'appui d'une manière préférentielle sur un seul flotteur. La mise en oeuvre du procédé conduisant donc à la création d'un système de moindre stabilité qui fasse davantage appel à l'adresse et au sens de l'equili -bre du pilote. - La description sera donc concentrée sur un procédé essentiellement lié aux structures déformabies reliant deux flotteurs sans faire appel aux constructions à base de foils du type hydroptère qui ne sont pas retenues dans l'innovation revendiquée.
- Dans toutes les constructions connues on utilise principalement des flotteurs très effilés pénétrant assez profondément dans l'eau,généralement sans dérive,à très faible trainée et plus récemment sont apparus des flotteurs plats du type planche à voile par exemple,c'est à dire globalement plus larges que hauts ou à carène et/ou fond plat qui utilisent au mieux les phénomènes de dejauge par leur très bonne portance hydrodynamique(brevets nº 2.498.551, nº2.510.509 et 2.506.254).
- Dans tous les cas de figure,la résistance au déplacement latéral est obtenue soit par des dérives qui pénétrent profondément dans 1 eau, soit par la forme même des flotteurs qui par leur surface et leurs profils immergés appelés oeuvres vives, jouent le même ròle.
- Les systèmes à coqueseffilées ou plates ont leurs avantages et leurs inconvénients propres dans leur utilisation en structure rigide. Dynamiquement la forme des carènes et/ou
coques est prépondérente selon l'utilisation qui en est faite pour obtenir toute l'efficacité dynamique.
- En position d'équilibre, sur deux supports d'appui, lesdits flotteurs effilés sont plus stables du fait du maître-couple important de renversement de leurs oeuvres vives,mais par contre moins efficace en portance que les flotteurs plats qui dynamiquanent déjaugent rapidement; Il suffit, pour s'en convàincre,de voir évoluer une planche à voile dite de "Fun" à faible volume de caisson qui ne peut supporteMin planchiste qu'en mouvement,grâce à sa portance qui varie avec la vitesse.
- En position d'instabilité à la gite,c'est à dire en équilibre sur un seul support, sous l'action d'un vent fort,ledit flotteur effilé a une faible pénétration car il améliore sa portance par la pression dynamique de l'eau sur le flanc extérieur du flotteur d'appui, tandis que ledit flotteur plat s'enfonce profondément d'un même volume mais sur son flanc de petite section. Par ailleurs,la pénétration sur cette arête freine considérablement le bateau par le contact de la houle avec le châssis support et les organes de plat bord. Enfin dans cette dernière configuration,le mât étant lié à la structure indéformable, il y a une pette de propulsion par l'angle de fuite résultant du vent sur la voilure quand le bateau s'incline,
- En général, on considère physiquement par construction que les catamarans de type dériveurs légers et très sportifs à coques effilées, acceptent facilement la gîte, tandis qu'elle est déconseillée sur ceux, à coques plates qui doivent au maximum rester en appui sur les deux flotteurs,
- L'objet de l'invention est un procédé qui permet de conjuguer les avantages réciproques des deux techniques exposées en utilisant d'une manière préférentielle des flotteurs plats, et/ou à carène et fonds plats qui déjaugent facilement avec la vitesse de propulsion, Ce procédé permet d' en contrôler et d' en piloter l'assiet -te ou l'appui sur l'eau dans toutes les configurations ainsi que les plans de dérives ou quilles. Par ailleurs, il permet éventuellement dans un rapport dedémultiplication lié à la déformation géométrique de la structure d'en piloter en synchronisme globalement ou par groupe de fonctions le pivotement angulaire du mât,du gouvernail
et des supports de gréement. En appui sur deux flotteurs, le fait d'incliner le mât et la voilure face au vent permet de dégager une composante verticale allégeant le bateau d'une partie de sa masse. A la gîte, le fait de maintenir la pression du vent constante sur la voilure permet de conserver au maximum l''ffort de propulsion, le châssis pivotant globalement autour du mât et du gouvernail,
- En appui très stable sur deux flotteurs .ou à la gîte sur un seul, sous le vent, le fait de pouvoir donner un effet de carre à celui-ci/ou ceux-ci, ou de dégager un couple d'appui sur l'eau résistarit au déplacement latéral du ou des dérives ou quilles concoure, au gré du pilote, à la recherche de la stabilité ou de l'instabilité provisoire pour faire giter l'embarcation, ainsi qu'à une meilleure manoeuvrabilité.
- Un procédé conforme à l'invention permettant la mise en oeuvre du principe ci-dessus mentionné adapté aussi bien aux bateaux légers ou de navigation côtière qu'aux catamarans lourds de course croisière et de compétition, se caractérise en ce qu'il comporte en combinaison:
- Au moins quatre paliers supports liés aux flotteurs assurant chacun les rotations dans le plan vertical des bras supports de la structure déformable.
- Un châssis mécanique composé d'une armature rigide et de bras supports transversaux articulés en leurs extrémités et prenant appui sur lesdits paliers supports. - Au moins une emplanture de mât articulée en deux points au châssis et pivotant verticalement sur un secteur angulaire lié aux déformations géométriques de la structure avec éventuellement pour en éviter le flambage,un ensemble de haubans disposés latéralement et vers l'avant du bateau, liés aux points rigides extrêmes du mécanisme d'emplanture recevant le mât,
- Au moins un gouvernail et son attache,situé entre les coques, articulé avec le châssis, ayant un mouvement de rotation synchrone avec celui du mât,dans le sens transversai de l'embarcation.
- Des supports de gréement et d'écoutille articulés avec le châssis et synchrones avec le pivotement du mât, transversalement au bateau.
- Au moins un ensemble de démultiplication d' effort permettant de contrôler et de piloter par des moyens musculaires, ou mécaniques,ou hydrauliques, et /ou électri ques ou pneumatiquela déformation de la structure. - Au moins en variante un ensemble composé de mât et emplanture, gouvernail et attache,support de gréement et d'écoutilles, non pas articulés avec le châssis,mais rigides et perpendiculaires au plan supérieur du bateau comme dans les constructions traditionnelles, - Le procédé conforme à l'invention met donc en oeuvre un principe de réalisation nouveau mettant à profit à la fois, en les conjuguant et en les synchronisant par la déformation géométrique pilotée de la structure de liaisonnement des deux flotteurs:
- Leur très bonne portance hydrodynamique, - Le pilotage de leur assiette là plus proche du point d'équilibre à plat suri eau,ou d'une assise donnant un léger effet de carre,pour satisfaire à la meilleure stabilité de gîte sur le flotteur sous le vent.
- Une très bonne propulsion vélique par le maintien perpendiculaire,ou à contre-vent,du mât et de la voile.
- Une très faible trainée,par un très bon plan de dérive, liéea l'incidence sur l'eau des flotteurs d'appui.
- Enfin une manoeuvrabilité aisée par le maintien d'une grande pénétration dans l'eau quelqu' en soit la gîte, du gouvernail sensiblement parallèle au plan de dérive.
- On notera qu'il siagit ici de la mise à profit. tout à fait nouvelle d'un procédé conduisant à l'utilisation de flotteurs à faible volume de caisson et faible masse assurant les conditions de flottabilité statique nécessaires et suffisantes dans le but de gagner en efficacité sur les masses à mettre en mouvement.
- L'invention apparaîtra plus clairement à l'aide de la descrip tion qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels,selon une forme de réalisation préférentielle donnée à titre d' exemple: - La figure 1 est une vue en bout,côté avant du bateau, représenté dans le sens transversal.
- La figure 2 est une vue en bout côté arrière du bateau,
représenté dans le sens transversal.
- La figure 3 et partiellement la figure 5 indiquent les endroits et/ou lieux et/ou génératrices où doivent s'appliquer préférentiellement les efforts permettant de piloter la déformation géométrique de la structure, ainsi que le sens et/ou la direction des forces motrices.
- La figure 4 est une vue arrière du bateac, à la gîte en appui sur un flotteur. Cette représentation indique également les conditions d'équilibre.
- La figure 5 est une vue avant du bateau en contregîte en appui sur deux flotteurs. Cette représentation indique également la possibilité d'alléger la masse par un effet du type "Cerf-Volant" ainsi qu'une manière préférentielle de déformer transversalement le châssis grâce à un bras de couple piloté en rotation verticale par un effort dû principalement à la masse du conducteur qui communique aux bras supports transversaux
d'équilibrage des efforts de compression , et de
traction T1, qui contrecarrent le couple de renversement dû au vent sur la voile.
- La figure 6 est une vue avant du bateau conjuguant les effets représentés aux figures 4 et 5 c'est à dire en contre-gîte en appui sur un seul flotteur. - La figure 7 est une variante de la figure 6 où le mât , le gouvernail et les supports de gréement sont perpendiculaires au plan supérieur du châssis.
-On se reportera tout d'abord au mode de réalisation illustré aux figures 1 et 2 se limitant à une représentation restrictive d'un catamaran composé de quatre supports, un mât, un gouvernail , quatre bras supports transversaux et d'un support de gréement et/ ou d'écoutille, pour ne pas surcharger les figures, afin d'en faciliter au mieux la description. - Le procédé conforme à l'invention se compose essentiellement d'au moins quatre paliers supports 1 reliés aux flotteurs 2,par un
moyen d'attache 3 et assure respectivement deux à deux les rotations autour des articulations 4-5, 6-7, 8-9,10-11,dans le plan vertical,des bras supports 12 de la structure et de l'armature rigide 13. Le sous ensemble constitué de l'armature rigide 13,formant le plan supérieur longitudinal du bateau et des quatre bras supports transversaux 12 constitue le châssis mécanique reliant les flotteurs. La liaison mécanique du châssis 12-13 et des paliers supports 1 aux diverses articulations déjà désignées constitue l'ensemble de la structure à géométrie variable. - Pour assurer le pivotement de l'emplanture du mât 14 en synchronisation avec la déformation du châssis,celui-ci doit pivoter en deux points.
- L'articulation supérieure 15 est attachée à l'armature rigide 13 tandis que celle de l'embase est liée aux bras supports transversaux en leur milieu de jonction commun 16 ,
- Comme il apparaît à la figure 2, le gouvernail ou safran 17 et son attache 18 situés au milieu des deux flotteurs est articulé selon le même principe fonctionnel que l'emplanture de mât 14 en deux points au châssis, afin de pivoter en synchronisme avec la déformation de la structure. L'articulation supérieure 19 est attachée à l'armature 13 tandis que celle de l'embase 20 est liée aux bras supports transversaux en leur milieu de jonction commun.
- Selon le mode de réalisation illustré figure 2, le support de gréement et/ou d'écoutilles 21 a été arbitrairement représenté solidaire du mécanisme articulé de gouvernail,mais il pourrait en être tout autre,notamment si le bateau possède plusieurs mâts et par conséquent plusieurs voiles. Il possède donc les mêmes articulations que l'attache du gouvernail et permet quelque soit l'angle de gîte de maintenir constant le réglage de la tension de voilure. Selon le mode de représentation choisi,ce support a été fixé dans l'axe longitudinal à égale distance des coques, mais pourrait tout autant se situer de part et d'autre de cet axe médian longitudinal,
- Pour décrire le principe fonctionnel qui permet de réaliser la déformation contrôlée de la structure,on se reportera aux dessins de la figure 3. Ils indiquent en fonction de l'orientation du vent sur bâbord ou tribord les emplacments possibles de traction T ou de
compression C du châssis permettant d'y parvenir. Selon l'orientation
du vent désignée symboliquement par VD ou VG , figurant son arrivée sur la droite ou la gauche du bateau, la modification de géométrie s'obtient en déplaçant mécaniquement latéralement la surface plane supérieure délimitée par les points d' articulations4, 8, 19,10, 6,15 par rapport à la surface inférieure délimitée par les points d'articulation 5,9,20,11,7,16, Pour cela il faut soit séparément, soit simultanément, pousser ou tirer mécaniquement,selon le cas de figure rencontré, les points en regard situés en diagonale.
- Trois génératrices longitudinales formant les composantes de l'armature rigide supérieure parmi lesquelles on peut considérer la liaison des articulations 4-8, 15-19, et 6-10 servent d'ancrage et/ ou de bridage aux points d'attaches du ou des mécanismes de traction, de compression ou de traction-compression. Par ailleurs trois autres génératrices longitudinales inscrites dans la surface inférieure des bras supports transversaux,parmi lesquelles on peut considérer la liaison des articulations 5-9,16-20 et 7-11,servent d'ancrage et/ou de bridage à l'autre extrémité du ou des mêmes mécanismes,Pour modifier la structure,plusieurs diagonales reliant ces différentes génératrices en regard sont réalisables. Il s'agit toujours d'augmenter ou de raccourcir géométriquement sous un effort moteur, et d'une course, imposé par le pilotage:leurs longueurs. En compression, on peut agir soit distinctement, soit globalement,pour déformer la géomé trie de la structure dans un sens ou dans l'autre, à droite ou à gauche de la verticale des flotteurs,en position d'appui bien à plat sur l'eau dans un axe normal au milieu incident, en agissant,quelque soit l'implantation longitudinale des attaches de traction ou compres sion,selon un axe perpendiculaire à ces différentes génératrices liées deux, à deux. A savoir en rapprochant les génératrices 5-9 à 15-19 èt/ou 16-20 à 6-10 pour une déformation dans un sens ou 4-8 à 16-20 et/ou 15-19 -11 pour déformer la structure dans l'autre
sens. En traction omme en compression C on obtient les mêmes résultats, en agissant sur les génératrices 5-9 à 15-19 et/ou 16-20 à 6-10 pour une déformation dans un sens ou 4-8 à 16-20 et/ou 15-19 à 7-11 pour déformer la structure dans l'autre sens. Il est également possible d'agir préférentiellement, simultanément en traction et compression par des mécanismes à double effet permettant de rapprocher ou d'écarter les génératrices 5-9 à 15-19 et 15-19 à 7-11 ou alors 4-8 à 16-20 et 16-20 à 6-10 distinctement ou globalement.
- On fera maintenant référence aux figures 4,5 et 6 dans lesquelles on décrira les possibilités nouvelles qu'apporte ce procédé dans ses configurations d'équilibre et de répartition des efforts en statique et en dynamique. - La figure 4 représente la vue arrière du catamaran, à la gîte, en appui sur le flotteur sous le vent, Les conditions de l'équilibre statique dans cette configuration de gîte sont réalisées quand le couple de renversement de l'effort moteur dû à la pression spécifique du vent dans la voile,décomposé dans un plan transversal, est contrebalancé par un couple résistant propre aux masses soulevées, par rapport au centre de rotation hypothétique,inscrit dans le plan d'appui du flotteur sur l'élément liquide.
- Le poids de la masse mobile P
A est celui du ou des passagers et/ou du ballast, tandis que PB est celui statique propre au bateau.
Le poids ultant de la composition des deux masses est PC .
L'effort FD projeté dans le plan transversal du sens d'avancement, appliqué au centre de poussée D,est le produit de la surface de la voile par la pression du vent.
- En imaginant en théorie que le contact au point E est de type solide, on considère en statique que l'équilibre est réalisé quand
les trois forces FD, PC et RE sont concourantes en O et que leur résultante générale est nulle.
- En réalité,le contact en E n'est pas solide mais liquide et par conséquent,d'autres facteurs concourent à l'équilibre. Si nous
isolons le flotteur d'appui, l'effort réactionnel dû à la force RE est équilibré par la contre réaction due à la poussée d'Archimède qui s'applique au centre de gravité de la surface immergée. L'enfoncement du caisson est donc directement lié à son propre volume ce qui favorise les flotteurs plats,par exemple ceux des catamarans équipés de planches à voile qui, en règle générale, ont par construction standard un volume important.
- L'effort dû à la portance dynamique du flotteur est orienté selon la résultante des pressions appliquées à la surface immergée, en un centre de poussée qui lui est lié. _ Enfin, la dérive, par son oeuvre vive confère en mouvement à l'ensemble des trois vecteurs cités précédemment un couple stabilisateur qui concoure à l'équilibre en mécanique des fluides, par des pressions réparties sur son profil et nécessite un effort important
lonction de la vitesse pour en modifier l'axe du mouvement.
- La figure 5 permet partiellement d'apporter une variante mécanique au principe de pilotage de la déformation de la structu -re dans le plan transversal énoncé précédemment et schématisé figu -re 3 . Sa construction repose sur un bras de couple 24 lié au châssis par des supports 23 et fixé sur les génératrices respectives 6-10,7-11,4-8 et 5-9. Ce bras permet de -piloter à volonté par une rotation verticale due essentiellement à la masse du conducteur, la déformation et par conséquent d'en commander les organes qui lui sont liés en transmettant aux bras supports transversaux avant et arrière de l'embarcation 12-13,des efforts de compression et de traction. Ce bras en fonction du sens d'orientation du vent est calé sur le support droit ou gauche du châssis, et l'effet de contrecarre qui en résulte sert à s 'opposer au couple de renversement dû au vent sur la voile.
- Si désiré on peut également.comme illustré figures 5 et 6 transposer les effets rencontrés chez les véli-planchistes qui consistent en basculant le mât et la voile à contre, c'est à dire
avec un angle plus petit que 90° face à l'effort du vent FD tout en conservant les composantes de propulsion, a dégager une composante
verticale F(v) par un effet dit de "Cerf-Volant" qui tend à alléger le poids de l'ensemble mobile d'une force ascendante,
- Il est à noter qu'il est possible d'obtenir cette composante d'allégement aussi bien en appui sur deux flotteurs selon la figure 5,que sur un seul selon la figure 6, en agissant sur la déformation de la structure et par conséquent directement sur l'orientation du mât qui lui est lié.
- On pourrait arbitrairement, par exemple, assimiler la structure à un parallélogramme déformable,ou en une conjugaison de plusieurs parallélogrammes en considérant les différentes liaisons avec le mât, les supports de gouvernail et/ou de gréement.
- Le procédé peut donc revêtir des formes géométriques différentes,qui dans leurs déformations mécaniques conduisent à des résul -tats pratiquement identiques. Le modèle représenté sur les différen -tes figures n'est donc qu'un cas. particulier de représentation, mais le procédé lui-même en englobe aussi toutes les variantes dès lors que l'on peut en faire varier la forme de la structure et en piloter subséquemment l'assiette dynamique des flotteurs sur l'eau et des
autres composants.
- L'exemple illustré sur les différentes vues,et notamment décrit plus en détail sur les figures 4 et 6 montre une représentation particulière dérivée d'un modèle à parallélogramme,mais en différe par le mât, le support de gouvernail et de gréement qui pivotent d'un angle plus faible que celui des paliers liés aux flotteurs.
- Selon un mode de représentation préféré, illustré figure 4, la structure déformable représentée en vue arrière du bateau est définie par les articulations 8-9,10-11, Le support de gouvernail 18 et le support de gréement et/ou d'écoutille 21 est représenté articulé en deux points 19 et 20 au châssis afin d'une part d'en conserver, à la gîte, au gouvernail la meilleure pénétration dans l'eau et pour le support de gréement et/ou d'écoutille les mêmes réglages de tension de la voilure d'autre part. - Comme la distance 19-20 est figurée un peu plus longue que les longueurs respectives 8-9 et 10-11 les organes 18 et 21 lors de la déformation de la structure auront un débattement transversal angulaire plus petit que celui des paliers supports 1 ou des flotteurs 2 . Pour permettre la déformation, des bras supports 12, l'articulation 20,devra avoir un degré de liberté longitudinale dans l'axe du gouvernail.
- Par opposition, selon la même description que celle énoncée précédemment si la distance 19-20 est équivalente à 8-9 et 10-11, l'angle parcouru est équivalent à l'angle de pivotement des flotteurs et si elle est plus petite, l'angle décrit est plus grand que l'angle de pivotement des flotteurs.
- Tel qu'illustré préférentiellement figure 6, la structure déformable représentée vue avant du bateau est définie par les articulations 4-5,6-7. L'emplanture du mât 14 est articulée en deux points 15 et 16 au châssis afin de conserver à la gîte le maximum de pression sur la voile.Comme la distance 15-16 est figurée un peu plus grande que les longueurs respectives 4-5 et 6-7 le mât 14 lors de la déformation pilotée de la structure aura un débattement transversal angulaire plus petit que celui des flotteurs 2 ou des paliers supports 1 auxquels il est lié.
- Pour permettre la déformation contrôlée, des bras supports 12, l'articulation 16 ,devra avoir un degré de liberté longitudinal
dans l'axe du mât, pour absorber la différence de longueur.
- Par opposition, selon la même modélisation que celle énoncée précédemment pour la déformation de la structure vue de l'arrière du bateau, le pivotement du mât et de son emplanture sera plus ou moins grand que celui des flotteurs, mais toujours équivalent entre l'avant et l'arrière du catamaran, en fonction des différentes longueurs choisies entre les articulations, afin d'être synchrone avec celui du gouvernail et son support, et du ou des supports de gréement et/ou d'écoutilles, - La représentation coudée des bras supports,permet d'augmenter l'angle de gîte du bateau en évitant le contact des flotteurs qui pivotent sous la structure.
- En variante, figure 7, on aurait pu tout autant considérer que l'attache des principaux organes fonctionnels tels que le mât, le gouvernail et la voile ne soient pas liés en pivotement à celle de la structure, mais fixés,rigides et normales au plan supérieur du châssis, tel que figuré,
- Cette représentation est celle déjà existante dans la plupart des constructions connues où le mât est maintenu par des haubans, le gréement et les supports d'écoutilles, tels que taquets par exemple fixés sur le plan ou pont supérieur du bateau, et le ou les gouvernails attachés à ce plan ou pont ou aux extrémités desflotteurs.
- Ce mode de réalisation est déjà connu, mais dérive d'un mode de construction différent lié au fonctionnement anti-gite des trimarans et catamarans, où c'est le mât qui devient moteur par son basculement sousl'effet du vent et produit par réaction un pivotement des flotteurs à contre-sens pour s'opposer au couple de renversement.Il s'agit ici du phénomène inverse,puisque si on laisse le mât devenir moteur, il implique aux flotteurs une rotation dans l'autre sens que le prodédé revendiqué,
- Enfin,dans la variante choisie, le pivotement des flotteurs ne peut être que commandé par le pilote et n'est pas lié uniquement au mouvement du mât sous l'effet du vent ni à une conséquence mécanique résultant d' un état d' équilibre arbitraire.
Claims
REVENDICATIONS
- 1. Procédé mécanique de déformation de la structure de liaisonnement des flotteurs d'un multicoques,connu de l'art antérieur en ce qu'il permet d' en modifier séparément un seul des composant de navigation énoncés ci-après,utilisé pour certains dans des fonctions différentes de celles revendiquées,caractérisé en ce que la déformation géométrique de ladite structure se réalise transversalement au sens normal d'avancement de l'embarcation,qu'elle est commandée et adaptée à un bateau à voiles à deux flotteurs ou coques ou éventuellement foils de type catamaran et permet à volonté d'en contrôler dynamiquement ou statiquement,d'une manière séparée ou simultanée par groupe de fonctions, tous les effets déjà connus en les conjuguant entre eux, notamment d' une part, l'inclinaison angulaire dans des plans transversaux du mât et de la voile,du gouvernail,des supports de gréement et d'écoutilles, d'autre part des flotteurs et des plans de dérives ou quilles qui leurs sont associées,au gré du barreur et indépendamment, si besoin est, de l'effet du vent sur la voile,quelqu en soient les conditions d'équilibre,en appui stable sur deux flotteurs,ou à la gite sur un seul,dans la recherche d'une plus grande efficacité dynamique ou d'une moindre stabilité pour plus d'adresse et de sportivité dans le pilotage.
- 2. Procédé de déformation de la structure mécanique qui relie les deux flotteurs selon la revendication 1 déjàconnu mais non combinée dans ses deux fonctions ci-après, caractérisé en ce que ladite structure se compose d'au moins quatre paliers supports (1) soudaires des flotteurs ou coques (2) par une attache (3) et qu'il assure respectivement deux à deux la rotation dans le plan vertical des bras supports inférieurs (12) et de l'armature rigide supérieure (13) autour des articulations (4-5), (6-7), (8-9) et (10-11) afin de pouvoir en faire varier dynamiquement ou éventuellement statiquement indépendamment du couple de renversement dû au vent, en la commandant, l'assise ou l'assiette des flotteurs, ainsi que les plans de dérives ou quilles qui leurs sont associés dans le but de dégager, par l'angle d'incidence sur l'eau du ou desdits flotteurs en contact avec l'élément liquide, soit bien à plat une meilleure portance hydrodynamique dans le cas des formes de carène plates ou fends plats,soit en incidence négative un effet de carre des flotteurs et une contre réaction
latérale des dérives,soit en incidence positive une composante de déjauge permettant d'obtenir un meilleur tirant d'eau par l'effet planant de celles-ci.
- 3. Procédé selon la revendication 2 qui permet d'orienter l'incidence des flotteurs sur l'eau,caractérisé en ce qu'on utilise en tant que coques des flotteurs plats du type planche a voile par exemple ou à carènes plates ou fonds plats, afin d'utiliser physiquement,compte tenu de la possibilité d'en modifier l'assiette, leur très bonne portance hydrodynamique en mécanique des fluides. - 4. Procédé selon la revendication 2 qui permet d'orienter les flotteurs sur l'eau par la modification de leur structure de liaison -nement,caractarisé en ce qu'il entraine dans sa déformation latérale, par des articulations appropriées (15-16) côté avant du catamaran et (19-20) du côté arrière, en synchronisme avec la variation de géométrie du châssis (12-13), simultanément ou séparément, à la fois d'une part l'inclinaison transversale du mât et de son emplanture (14), ainsi que celle du gouvernail (17). et de son attache (18), d'un même angle de pivotement, et d'autre part l'inclinaison transversale des supports de gréement et d' écoutilles (21), afin de conserver constant le réglage de la tension de voile à la gîte, la rotation de l'ensemble des composants étant choisie dans un rapport de démultiplication propre aux longueurs entre articulations.
- 5. Procédé de commande de la déformation selon les revendications 1,2 et 4 caractérisé en ce que la déformation de ladite structure s'obtient par un ensemble de moyens mécaniques,ou électro- mécaniques,ou à commandes hydrauliques ou pneumatiques de démultiplication d'effort permettant au pilote de contrôler, à volonté en poussant ou en tirant sur certaines génératrices constitutives du plan supérieur dudit châssis selon (4-8), (15-9), (6-10),par rapport aux mêmes génératrices en regard de l'ossature inférieure selon (5-9), (16-20), (7-11) ou bien au pilote qui par répartition de sa propre masse communique par l'intermédiaire d'un bras de couple(24) lié selon l'orientation du vent à l'une ou l'autre des attaches ou supports (23), des efforts variables en intensité aux génératrices respectives ( 6-10), (7-11) d'une part et (4-8) et (5-9) d'autre part conduisant aux mêmes effets, permettant ainsi de déformer géométrique -ment l'ensemble mécanique et de communiquer aux flotteurs et/ou au
mât et au gouvernail et/ou aux supports de gréement et d'écoutilles les orientations souhaitées.
- 6. Procédé selon les revendications 2,3,4 et 5 caractérisé en ce que ladite structure déformable adaptée aux catamarans classés dans les catégories de dériveurs légers,ou des croiseurs côtiers ou de course croisière lourds, comporte simultanément ou séparément en combinaison:
- Au moins quatre paliers supports (1) liés rigidement aux flotteurs ou coques (2) assurant chacun dans le plan vertical les rotations deux à deux des différents constituants du châssis,
- Un châssis mécanique déformable composé d'une armature rigide (13) constituant le plan supérieur,et de bras supports transversaux (12) composant l'ossature inférieure,respectivement articulés auxdits paliers supports deux à deux en (4-5) et
(6-7) côté avant, (8-9) et (10-11) côté arrière du bateau.
- Deux flotteurs ou coques (2), attachés rigidement en (3) à la structure déformable,de forme plutôt plate ,c'est à dire plus large que haute,ou à carène plate ou à fond plat. - Au moins une emplanture de mât (14) et son haubannage, articulée en deux points au châssis en (14) et ( 15 ), pivotant verticalement en synchronisation avec ledit châssis d'un angle vertical lié aux déformations géométriques de ladite structure dans un rapport de démultiplication propre aux longueurs entre articulations.
- Des supports de gréement et d'écoutilles (21) articulés avec ledit châssis,pivotant verticalement en synchronisme direct avec la rotation angulaire du mât et de son support afin de conserver identiques les tensions sur la voilure quelles que soient les déformations de ladite structure,
- Au moins un gouvernail (17) et son attache (18) localisé entre les flotteurs, articulé en deux points au châssis en (19) et (20) ayant un mouvement de rotation vertical dudit gouvernail et de son attache dans un rapport de démultiplication propre aux longueurs entre articulations. Eventuellement
dans le cas de deux gouvernails, le principe restera le même mais ceux-ci seraient préf érentiellement logés aux extrémités des flotteurs ou coques.
-Un ensemble de moyens mécaniques ou électro-mécaniques ou à commandes hydrauliques ou pneumatiques autorisant une utilisation, par exemple, à simple ou double effet permettant la commande contrôlée de la déformation de la structure par le rapprochement ou l'éloignement des génératrices longitudinales du châssis, diagonalement opposées et/ou par l'intermédiaire d'un bras de couple (24) d'en produire les mêmes effets par la répartition de la masse du pilote qui contrecarre les efforts de déformation et de renversement liés au vent en prenant appui sur des supports (23) répartiteurs des ef forts, situés à droite ou à gauche de l'embarcation.
- 7. Procédé selon les revendications 2et5 qui permet par le pilotage du barreur le pivotement angulaire des flotteurs et des dérives ou quilles, déjà connu de l'art antérieur en ce qui concerne le principe dans ses fonctions non associées, ou qui ne sont pas commandées, ou utilisées dans un sens fonctionnel opposé à celui existant, notamment appliqué aux bateaux de type trimaran, caractérisé en ce que l'on se limite à l'étendue de ces deux revendications sans l'associer à la commande du mât, du gouvernail et des supports de gréement et d'écoutilles, c'est à dire à la revendication 4, ces différents constituants étant liés rigidement au pont, ou plan supérieur de l'embarcation, par des haubans, charnières et autres comme dans la plupart des constructions traditionnelles.
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