EP0719702B1 - Aileron à volets fixes au bord de fuite pour navires - Google Patents

Aileron à volets fixes au bord de fuite pour navires Download PDF

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EP0719702B1
EP0719702B1 EP95400981A EP95400981A EP0719702B1 EP 0719702 B1 EP0719702 B1 EP 0719702B1 EP 95400981 A EP95400981 A EP 95400981A EP 95400981 A EP95400981 A EP 95400981A EP 0719702 B1 EP0719702 B1 EP 0719702B1
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EP
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flaps
fin
aileron
main fin
stabilizing device
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Alain Tessandier
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FOURE LAGADEC
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ACH Engineering
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B39/00—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude
    • B63B39/06—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude to decrease vessel movements by using foils acting on ambient water

Definitions

  • Anti-roll stabilizers for ships with folding fins or not currently known are equipped with fins of which structure can be simple (single fin) or complex (curvature flaps hinged on a main fin simple).
  • the force perpendicular to the plane of the fin which produces the stabilizing effect is characterized by a coefficient commonly known as Cz.
  • the Cz coefficient varies according to fig. 2 depending on the inclination fin in the water streams.
  • the Zo part of the curve corresponds to the corresponding drop zone loss of lift.
  • the surface of the fin will be all the smaller as the Cz will be high.
  • the surfaces of the fins determine the weights and therefore stabilizer prices.
  • they determine what is called the loss of additional buoyancy, i.e. water volumes contained in the hull housings in which are folded the fins in good weather.
  • the flap is articulated on the main fin by all known mechanisms (pinions, connecting rods, etc.).
  • the Cz is improved but the installation is complex and expensive continuously articulate in seawater.
  • This articulation can in certain cases constitute a limit on the surface of the aileron, because the deformations of the aileron during operation due to bending may be incompatible with this joint.
  • resistance to the advancement is high and can present as the profile in "fish" a characteristic of abrupt withdrawal. A example of this type of profile is given in fig. 5.
  • the invention has the effect of increasing the Cz to a value substantially greater than that of a curved flap profile, while maintaining a simple structure and resistance to advancement less than or at most equal to that of a profile in "fish" or curvature flap and this whatever the average wingspan / rope ratio.
  • the stabilization device consists of a main fin with which is associated a or several pairs of fixed and medium camber flaps.
  • the profile of the fin presents a relatively flat drop characteristic which allows to easily absorb disturbances in the direction of the water streams due to the residual movement of the ship and at the orbital speed of the swell. Examples of this type of profile are given in figs. 6, 7, 9 and 10 which make appear shutters of known general shape.
  • main fin 1 (fig. 6) of known conventional symmetrical profile with which are associated one or more pairs of flaps 2 a and 2 b with fixed arched profiles relative to the main fin and located near the trailing edge F of the main fin, respectively on the lower side 1 a and upper side 1 b of the main fin, the camber of the flaps being opposite and symmetrical.
  • FIGS. 6 and 6a an example of a profile comprising a single pair of flaps 2 a , 2 b is described in FIGS. 6 and 6a.
  • the flaps 2 a and 2 b are arranged so that the tangents to the leading edge Ta and Tb at their mean profile Pa and Pb are parallel to the mean plane of the main fin, but other arrangements such as oblique tangents can be considered.
  • the camber Pa, Pb of the flaps, their distance Xv, Ya, Yb to the main fin and their Cv rope can be adjusted by depending on the speed characteristics of the profile in the ambient environment, of the average immersion of the profile in this environment and acceptable resistance to advancement or predictable.
  • the main fin and the flaps can also consist of known conventional profiles or not, symmetrical or not.
  • the shutters can be without medium camber.
  • the main fin 1 is equipped at its end (opposite side to the vessel N) with a plate 3 which limits the circulation of the ambient fluid between the lower surface 1 a and the upper surface 1 b .
  • the shutters 2 a and 2 b are connected fig. 7 to the main fin 1, on the one hand, by the plates 3 and 4 at the end of the main fin and, on the other hand, by spacers 5 a , 5 b , 5 c ... 5 f arranged on along profiles 1, 2 a and 2 b .
  • This connection can be made by any known means (welding, bolting, ).
  • the spacers 5 a , 5 b , 5 c .. may not exist.
  • An axis 6 keyed to the main wing 1 rotates the main fin 1 with his or her flaps 2 pairs and 2b and the plates 3 and 4. This assembly is equivalent to a single fin.
  • the wing with fixed shutters described can be used to all the steering and stabilization devices ship movements and generally for any surface and any foldable set or not and this whatever the ratio of wingspan to average chord of the fin. So the fin suitable for any passive system or assembly ( stabilization of rudder, drift, etc.) or active or semi-active and whether it is foldable or not.

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Description

Les stabilisateurs anti-roulis de navire à ailerons repliables ou non connus actuellement sont équipés d'ailerons dont la structure peut être simple (aileron unique) ou complexe (volets de courbure articulés sur un aileron principal simple).
Différents types de profils simples usuels sont déjà utilisés.
L'effort perpendiculaire au plan de l'aileron qui produit l'effet de stabilisation est caractérisé par un coefficient de portance communément appelé Cz.
Cet effort s'exprime par la formule :
Figure 00010001
où
P
est la densité du milieu ambiant
S
la surface de l'aileron
V
la vitesse de déplacement du profil dans le milieu ambiant
(en général la vitesse du navire équipé des stabilisateurs) (Voir fig. 1).
Le coefficient Cz varie selon la fig. 2 en fonction de l'inclinaison de l'aileron dans les filets d'eau. La partie Zo de la courbe correspond à la zone de décrochement correspondant à une perte de portance.
On voit donc que pour un effort donné et une vitesse donnée, la surface de l'aileron sera d'autant plus faible que le Cz sera élevé.
Or, les surfaces des ailerons déterminent les poids et donc les prix des stabilisateurs. De plus, en cas d'ailerons repliables, elles déterminent ce que l'on appelle la perte de flottabilité additionnelle, c'est-à-dire les volumes d'eau contenus dans les logements de coque dans lesquels sont repliés les ailerons par beau temps.
Tous ces éléments techniques et de coût sont pris en compte dans les performances et le prix du navire qu'ils équipent.
Les constructeurs se sont donc attachés à utiliser des profils dont les Cz soient les plus élevés possibles. Par ordre de Cz croissants on trouve :
  • Profils simples classiques qui présentent l'avantage d'une structure et d'un mécanisme de commande d'aileron simple. La résistance à l'avancement dans l'eau est faible, mais le Cz faible fait que ce type d'aileron n'est utilisé généralement que pour les ailerons de petites surfaces. Un exemple de profil de ce type est donné aux fig. 1 et 3.
  • Profil en "poisson" auquel peut être adjointe une plaque en extrémité d'aileron. Ce profil améliore le Cz mais présente le désavantage d'être générateur de bruits et de vibrations. De plus, la résistance à l'avancement est augmentée. Un exemple de profil de ce type est donné à la fig. 4.
  • Profil à volet de courbure. Il s'agit d'un profil comportant un aileron principal en bord de fuite duquel est articulé un volet de courbure. L'articulation est telle qu'à tout angle α de l'aileron principal correspond un angle β du volet.
L'articulation du volet sur l'aileron principal est réalisée par tous mécanismes connus (pignons, bielles, etc ...). Le Cz est amélioré mais l'installation est complexe et onéreuse du fait de l'articulation continuellement dans l'eau de mer. Cette articulation peut dans certains cas constituer une limite à la surface de l'aileron, car les déformations de l'aileron en fonctionnement dues à la flexion peuvent être incompatibles avec cette articulation. De plus, la résistance à l'avancement est élevée et peut présenter comme le profil en "poisson" une caractéristique de décrochement brutale. Un exemple de ce type de profil est donné à la fig. 5.
L'invention a pour effet d'augmenter le Cz à une valeur sensiblement supérieure à celui d'un profil à volet de courbure, tout en conservant une structure simple et une résistance à l'avancement inférieure ou au plus égale à celle d'un profil en "poisson" ou à volet de courbure et ceci quel que soit le rapport envergure/corde moyenne d'utilisation.
Conformément à l'invention, le dispositif de stabilisation est constitué d'un aileron principal auquel sont associés un ou plusieurs couples de volets fixes et à cambrure moyenne.
Suivant d'autres caractéristiques de l'invention :
  • les couples de volets fixes sont disposés symétriquement sur les faces intrados et extrados de l'aileron principal auquel ils sont reliés de façon fixe ;
  • les couples de volets situés respectivement côtés intrados et extrados de l'aileron principal sont placés vers le bord de fuite dudit aileron principal de façon que les tangentes à leur cambrure moyenne au bord d'attaque ou inclinées soient sensiblement parallèles au plan moyen de l'aileron principal ; d'autres dispositions que tangentes au bord d'attaque parallèle au plan de l'aileron peuvent cependant être envisagées (tangentes inclinées) en fonction des performances.
  • l'aileron principal est équipé à ses extrémités de plaques planes sur lesquelles sont fixées les extrémités des couples de volets fixes ;
  • la liaison des couples de volets à l'aileron principal est obtenue au moyen des plaques auxquelles peuvent être associées des entretoises ;
  • l'ensemble aileron principal volets, plaques et entretoises constitue l'aileron de stabilisation proprement dit et celui-ci est incliné vis à vis des filets d'eau par tout moyen connu à l'aide d'un axe ; l'aileron peut cependant être utilisé comme plan fixe et ne pas être orientable ce qui est le cas de plans stabilisateurs ou amortisseurs passifs.
  • le dispositif est mis en oeuvre pour des stabilisateurs de roulis connus de type repliable ou non repliable. L'aileron peut être utilisé pour des dispositions anti-tangage, des dispositifs anti-roulis, des appareils à gouverner, des barres de plongée de sous-marins, tout dispositif de gouverne ou de stabilisation de navire. Ce type d'ailerons peut être utilisé sur tout navire civil (monocoque, multicoque, swath, wave pearcer) ou de plaisance, ou de guerre.
Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit.
Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés.
  • La fig. 1 est un schéma illustratif d'un aileron simple.
  • La fig. 2 est une courbe illustrant l'action de l'aileron.
  • La fig. 3 est une coupe transversale d'un aileron simple.
  • La fig. 3a est une coupe illustrant pour diverses positions de l'aileron de la fig. 1 la direction des filets d'eau.
  • La fig. 4 est une coupe transversale d'un aileron dit de "poisson".
  • La fig. 4a est une coupe illustrant pour diverses positions de l'aileron de la fig. 4 la direction des filets d'eau.
  • La fig. 5 est une coupe transversale illustrant un aileron dit à volet de courbure.
  • La fig. 5a est une coupe illustrant pour diverses positions de l'aileron de la fig. 5 la direction des filets d'eau.
  • La fig. 6 est une coupe schématique d'un aileron complexe suivant l'invention.
  • La fig. 6a est un schéma correspondant à la fig. 6 illustrant diverses caractéristiques hydrodynamiques.
  • La fig. 7 est un plan schématique d'un aileron selon l'invention.
  • La fig. 8 est une perspective partielle de l'aileron de la fig. 7 et faisant ressortir des caractéristiques particulières de réalisation.
  • La fig. 9 est une élévation latérale schématique d'une variante d'un aileron selon l'invention.
  • La fig. 10 est une élévation latérale schématique d'une autre variante d'un aileron selon l'invention.
  • La fig. 11 représente un jeu de courbes comparatives.
    • Dans la réalisation de la fig. 1, le profil de l'aileron présente une caractéristique de décrochement relativement plate qui permet d'absorber sans difficultés les perturbations dans la direction des filets d'eau dues au mouvement résiduel du navire et à la vitesse orbitale de la houle. Des exemples de ce type de profil sont donnés aux fig. 6, 7, 9 et 10 qui font apparaítre des volets de forme générale connue.
    Il s'agit d'un aileron principal 1 (fig. 6) de profil classique symétrique connu auquel sont associés un ou plusieurs couples de volets 2a et 2b à profils cambrés fixes par rapport à l'aileron principal et situés à proximité du bord de fuite F de l'aileron principal, respectivement du côté intrados 1a et extrados 1b de l'aileron principal, les cambrures des volets étant opposées et symétriques. Pour la facilité, un exemple de profil comportant un seul couple de volets 2a, 2b est décrit aux fig. 6 et 6a.
    Les volets 2a et 2b sont disposés de façon que les tangentes au bord d'attaque Ta et Tb à leur profil moyen Pa et Pb soient parallèles au plan moyen de l'aileron principal, mais d'autres dispositions telles que des tangentes obliques peuvent être envisagées.
    La cambrure Pa, Pb des volets, leur distance Xv, Ya, Yb à l'aileron principal et leur corde Cv peuvent être ajustées en fonction des caractéristiques de vitesse de déplacement du profil dans le milieu ambiant, de l'immersion moyenne du profil dans ce milieu et des résistances à l'avancement acceptables ou prévisibles. L'aileron principal et les volets peuvent également être constitués de profils classiques connus ou non, symétriques ou non. Les volets peuvent être sans cambrure moyenne.
    Dans le cas de plusieurs couples de volets, ceux-ci sont disposés de façon symétrique par rapport au plan moyen de l'aileron principal, mais peuvent être décalés ou non dans le sens du profil de l'aileron principal comme il est indiqué aux fig. 9 et 10.
    L'aileron principal 1 est équipé à son extrémité (côté opposé au navire N) d'une plaque 3 qui limite la circulation du fluide ambiant entre intrados 1a et extrados 1b.
    Les volets 2a et 2b (ou les couples de volets) sont reliés fig. 7 à l'aileron principal 1, d'une part, par les plaques 3 et 4 en bout d'aileron principal et, d'autre part, par des entretoises 5a, 5b, 5c ... 5f disposées le long des profils 1, 2a et 2b. Cette liaison peut être faite par tout moyen connu (soudure, boulonnage, ...). Suivant les dimensions de l'aileron, les entretoises 5a, 5b, 5c .. peuvent ne pas exister.
    Un axe 6 claveté sur l'aileron principal 1 entraíne en rotation l'aileron principal 1 avec son ou ses couples de volets 2a et 2b et les plaques 3 et 4. Cet ensemble est équivalent à un aileron simple.
    Les performances comparées des différents profils cités sont les suivantes :
    On voit donc par le graphique de la fig. 11 l'intérêt de ce type de profil relativement aux poids, à la perte de flottabilité additionnelle, à la simplicité et au coût.
    L'aileron à volets fixes décrit peut être mis en oeuvre pour tous les dispositifs de gouverne et de stabilisation de mouvements de navire et de façon générale pour toute surface et tout ensemble repliable ou non et ceci quel que soit le rapport envergure/corde moyenne de l'aileron. Ainsi l'aileron convient à tout système ou ensemble passif (plan de stabilisation de gouverne, de dérive, etc.) ou actif ou semi-actif et qu'il soit repliable ou non.

    Claims (10)

    1. Dispositif de stabilisation, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un aileron principal (1) auquel est associé au moins un couple de volets fixes (2a et 2b) à courbure moyenne, lesdits volets fixes étant disposés au voisinage du bord de fuite de l'aileron principal et placés symétriquement sur les faces intrados (1a) et extrados (1b) de l'aileron principal, ledit aileron principal étant équipé de plaques d'extrémité (3 et 4) et éventuellement d'entretoises (5a, 5b, 5c, ..., 5f) pour la fixation desdits volets (2a et 2b) à l'aileron principal.
    2. Dispositif de stabilisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les volets fixes (2a et 2b) constituant au moins un couple de volets sont placés de façon que les tangentes à leur courbure moyenne au bord d'attaque soient parallèles au plan moyen de l'aileron principal (1).
    3. Dispositif de stabilisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les volets fixes (2a et 2b) constituant au moins un couple de volets sont placés de façon que les tangentes à leur courbure moyenne au bord d'attaque soient obliques par rapport au plan moyen de l'aileron principal (1).
    4. Dispositif de stabilisation suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les volets fixes sont formés pour constituer plusieurs couples de volets, ceux-ci étant disposés de façon symétrique par rapport au plan moyen de l'aileron principal.
    5. Dispositif de stabilisation suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les volets fixes sont formés pour constituer plusieurs couples de volets, ceux-ci étant décalés dans le sens du profil de l'aileron principal.
    6. Dispositif de stabilisation suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'ensemble aileron principal (1), volets fixes (2a et 2b), plaques d'extrémité (3 et 4) et entretoises (5a, 5b, 5c ... 5f) constitue l'aileron de stabilisation proprement dit et en ce que celui-ci est incliné vis-à-vis des filets d'eau par tout moyen connu à l'aide d'un axe (6).
    7. Dispositif de stabilisation suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour des stabilisateurs de roulis connus de type repliable ou non repliable.
    8. Dispositif de stabilisation suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour des stabilisateurs de tangage du navire.
    9. Dispositif de stabilisation suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour des safrans d'appareils à gouverner du navire.
    10. Dispositif de stabilisation suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour des barres de plongée du navire.
    EP95400981A 1994-12-29 1995-04-28 Aileron à volets fixes au bord de fuite pour navires Expired - Lifetime EP0719702B1 (fr)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    FR9415881A FR2728864B1 (fr) 1994-12-29 1994-12-29 Dispositif de stabilisation a volets au bord de fuite pour stabilisateurs anti-roulis de navire
    FR9415881 1994-12-29

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP0719702A1 EP0719702A1 (fr) 1996-07-03
    EP0719702B1 true EP0719702B1 (fr) 2000-01-05

    Family

    ID=9470421

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP95400981A Expired - Lifetime EP0719702B1 (fr) 1994-12-29 1995-04-28 Aileron à volets fixes au bord de fuite pour navires

    Country Status (12)

    Country Link
    US (1) US5588391A (fr)
    EP (1) EP0719702B1 (fr)
    JP (1) JPH0924893A (fr)
    KR (1) KR100412927B1 (fr)
    AT (1) ATE188426T1 (fr)
    DE (1) DE69514322T2 (fr)
    DK (1) DK0719702T3 (fr)
    ES (1) ES2144586T3 (fr)
    FI (1) FI110421B (fr)
    FR (1) FR2728864B1 (fr)
    GR (1) GR3033139T3 (fr)
    NO (1) NO309080B1 (fr)

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