EP1524016B1

EP1524016B1 - Frein, véhicule et circuit de montagnes russes

Info

Publication number: EP1524016B1
Application number: EP04405618A
Authority: EP
Inventors: Claude Mabillard
Original assignee: Bolliger and Mabillard Ingenieurs Conseils SA
Current assignee: Bolliger and Mabillard Ingenieurs Conseils SA
Priority date: 2003-10-14
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2024-10-04
Also published as: DE602004009015D1; DE602004009015T2; ATE373511T1; EP1524016A1; US20050077125A1; US7377369B2

Description

La présente invention concerne un frein pour véhicule de circuit de roller coaster, un véhicule équipé d'un tel frein et un circuit de roller coaster comportant un tel véhicule.
Les parcs d'attraction connaissent un succès toujours croissant tant aux Etats-Unis, où ils sont nés, que dans le reste du monde. Une des attractions les plus spectaculaires et les plus impressionnantes est celle connue sous le nom de "montagnes russes" ou "roller coaster". Ces roller coasters comprennent un ou plusieurs véhicules constituant un train, circulant sur les rails d'un circuit, avec des portions de circuit fortement pentues. Les passagers apprécient cette attraction pour les fortes impressions qu'elle procure. Ces impressions résultent dans une large mesure des diverses sensations d'accélération que procure le parcours; elles résultent également d'impressions subjectives, à savoir des sentiments de vertige, de peur, d'illusion du risque ou de surprise face à l'apparition de phénomènes inattendus, que le constructeur essaie de générer par l'agencement du circuit.
Le brevet US 3,167,024 décrit un circuit de roller coaster simulant une descente en bobsleigh, comportant un bassin d'eau vers la fin du parcours, avant l'entrée en gare. Les rails traversent le bassin, sous la surface de l'eau. La partie inférieure des véhicules, carénée, pénètre dans l'eau lors de la traversée du bassin, ce qui les freine tout en soulevant une gerbe d'eau. Cette installation présente plusieurs inconvénients: au moment de l'entrée du véhicule dans l'eau, un choc est quasi inévitable; à ce moment et pendant la traversée du bassin, la résistance de l'eau exerce une force ayant une importante composante verticale sur le véhicule, qui tend à séparer celui-ci des rails et qui doit être compensée par les pièces du train de roulement. Les contraintes mécaniques que subit le train de roulement sont donc particulièrement importantes avec ce système. Le contact avec l'eau tend à enlever de la matière de graissage des roulements. Les chocs répétés, ainsi que la corrosion due au passage fréquent eau-air, tend à provoquer une usure rapide du train de roulement. De plus, au moindre défaut d'étanchéité de la coque, les passagers du véhicule risquent d'être trempés.
Le brevet CH 689857 du déposant décrit un circuit qui passe dans une pièce d'eau, agencé de façon à donner une impression d'amerrissage aux passagers. Le niveau de la voie ferrée dans la pièce d'eau se trouve au-dessous du niveau d'eau. Du fait que les véhicules sont conçus pour rester solidaires des rails, ces véhicules se trouvent alors partiellement immergés dans l'eau, ce qui provoque d'une part un important freinage et d'autre part de grandes gerbes d'eau. Ce tronçon est suivi par une petite rampe pour amener le train de véhicules au niveau de la gare. Ce circuit pose également les problèmes liés à une conception spécifique de véhicules devant résister à un très grand nombre d'entrées en contact avec l'eau du bassin.
Un but de l'invention est de proposer un circuit de roller coaster dans lequel les véhicules puissent bénéficier de l'effet de freinage d'une masse d'eau, tout en évitant les contraintes mécaniques susmentionnées sur le matériel.
Un autre but de l'invention est de pouvoir générer des gerbes d'eau sur un tronçon d'un circuit pour bénéficier de l'effet esthétique et de l'effet psychologique de surprise qu'elles provoquent chez les passagers, tout en étant en mesure de les ajuster en hauteur et/ou en intensité, de telle sorte que les passagers ne soient pas mouillés, ou au contraire soient touchés par les gouttes d'eau, si les conditions météorologiques le permettent et ceci peut contribuer à leur amusement.
Un autre but de l'invention est d'obtenir ce freinage et ces gerbes d'eau sans devoir employer de véhicules à coques étanches enveloppantes, alors que la tendance dans la construction de circuits est plutôt aux véhicules ouverts de tous cotés, qui augmentent les sensations des passagers.
Ces buts sont atteints grâce à un frein pour véhicule de circuit de roller coaster constitué d'une tuyère courbée de telle sorte que l'admission de fluide et l'éjection de fluide sont orientées dans des directions différentes et de moyens de fixation pour fixer la tuyère au châssis d'un véhicule.
Selon l'invention, le frein est agencé sur le véhicule de telle sorte que l'ouverture d'admission de fluide de la tuyère est orientée vers l'avant du véhicule.
Le terme "avant du véhicule" signifie ici la portion de l'espace située en avant du véhicule et non les pièces constituant la partie antérieure du véhicule.
Le circuit de roller coaster sur lequel circule le véhicule comprend une pièce d'eau agencée de telle sorte que lorsque le véhicule la traverse ou la longe, l'ouverture d'admission de la tuyère de frein pénètre dans l'eau, mais que de préférence, les rails ne soient pas en contact avec l'eau.
Lorsque l'ouverture d'admission de la tuyère pénètre dans l'eau, il se produit un mouvement relatif entre les parois de la tuyère et la masse d'eau qui se trouve momentanément à l'intérieur. Du fait de la courbure de la tuyère, une composante de ce mouvement relatif, dans une direction différente de celle de la trajectoire du véhicule, est imprimée à la masse d'eau qui se trouve momentanément à l'intérieur de la tuyère, par transfert de l'énergie cinétique du véhicule à cette masse d'eau, freinant ainsi le véhicule. A la sortie de la tuyère, une gerbe d'eau est envoyée dans la direction où cette eau est éjectée de la tuyère, produisant un bel effet visuel.
L'homme du métier comprendra que si la tuyère était droite et orientée parallèlement à la trajectoire du véhicule, la masse d'eau traversée par la tuyère ne serait presque pas mise en mouvement et que si la tuyère était droite mais orientée différemment, lors de l'entrée dans l'eau un effet de choc et une violente contrainte mécanique tendant à arracher la tuyère s'exerceraient sur les moyens de fixation.
La partie antérieure de la tuyère, comportant l'ouverture d'admission, et la partie postérieure de la tuyère, comportant l'ouverture d'éjection, peuvent être constituées d'un ou plusieurs tronçons de tube. Ce tube ou ces tronçons de tube peuvent être en particulier cylindriques, coniques réguliers ou irréguliers, ou cylindro-coniques. La partie antérieure et la partie postérieure sont reliées entre elles par une portion de tube coudée.
Le débit d'eau à travers la tuyère dépend essentiellement de la section de l'ouverture d'admission et de la vitesse du véhicule. La section de l'ouverture d'éjection peut être égale à la section de l'ouverture d'admission. Si la section de l'ouverture d'éjection est inférieure à la section de l'ouverture d'admission, l'eau a une plus grande vitesse à la sortie et la gerbe d'eau a une plus grande portée. Si la section de l'ouverture d'éjection est supérieure à la section de l'ouverture d'admission, la vitesse de l'écoulement à la sortie est plus faible et le jet d'eau est plus court.
De préférence, la tuyère selon l'invention est courbée de telle sorte que la direction du jet d'eau éjecté dévie de la direction d'admission d'un angle supérieur à 30°, et de préférence supérieur à 50°, pour qu'une quantité d'énergie cinétique importante soit transférée du véhicule vers l'eau mise en mouvement. Avec un angle de 90°, la portée du jet d'eau est maximale. L'angle au somment du coude de la tuyère, générant la courbure de celle-ci, est compris de préférence entre 30° et 180°.
La tuyère peut être fixée au châssis du véhicule au moyen d'un ensemble de barres et/ou de tringles qui l'en rendent solidaire, tout en permettant de régler l'espacement de la tuyère par rapport au train de roulement du véhicule.
Au lieu d'un ensemble de barres d'espacement, ou en plus d'un tel ensemble de barres, les moyens de fixation de la tuyère au châssis du véhicule peuvent comprendre une plaque ou une pièce de carrosserie sous forme d'une aile capable de former écran entre les passagers du véhicule et des projections de liquide, lorsque le véhicule traverse une pièce d'eau et que la tuyère entre en action. Les moyens de fixation, sous forme de barres et/ou de plaques peuvent de plus contribuer à rigidifier la structure de la tuyère.
Le véhicule de circuit de roller coaster selon l'invention porte de préférence une ou plusieurs paire(s) de tels freins, agencées latéralement et symétriquement par rapport au plan de symétrie longitudinal du véhicule.
L'agencement latéral du frein par rapport au châssis permet la mise en action du frein lorsque le véhicule longe une masse d'eau prévue ad hoc le long de sa trajectoire. L'agencement symétrique par paires permet d'équilibrer les forces de freinage lors de l'interaction de chaque tuyère avec des masses d'eau situées de part et d'autre des rails où circule le véhicule.
De préférence, l'ouverture d'éjection de fluide des tuyères est orientée dans une direction ascendante, dans le but de produire des jets d'eau montants. Cet agencement est non seulement esthétique, mais, par effet de réaction mécanique, tend à plaquer le véhicule contre le rail au lieu de le soulever, comme c'était le cas dans les dispositifs de l'art antérieur. En particulier, l'axe de la partie antérieure d'une tuyère peut être sensiblement parallèle à l'axe du véhicule et l'ouverture d'admission sensiblement perpendiculaire à cet axe de la partie antérieure; cette ouverture peut également être contenue dans un plan incliné par rapport à l'axe de la partie antérieure de telle sorte que le bord supérieur de l'ouverture d'admission est situé plus en avant que le bord inférieur de cette ouverture.
Pour que le châssis lui-même, ou la coque du véhicule, ne touche pas la surface du plan d'eau que traverse le véhicule, les ouvertures d'admission des tuyères peuvent être agencées par l'intermédiaire des moyens de fixation, à hauteur du train de roulement du véhicule, notamment à hauteur des points de contact de ce train de roulement avec le rail du circuit, voire plus bas. Selon un mode d'exécution préféré de l'invention, de chaque côté d'un véhicule, l'ensemble des pièces constituant le train de roulement du véhicule, la face inférieure du châssis du véhicule et les pièces constituant le frein selon l'invention délimitent un espace libre, ouvert vers le bas. Avec cet agencement des pièces du véhicule, le frein selon l'invention et le reste des pièces du véhicule peuvent passer de part et d'autre d'une cloison agencée le long du rail. Le circuit de roller coaster correspondant peut comporter un canal, constitué de deux parois de séparation parallèles, une pièce d'eau étant agencée de part et d'autre du canal. Le système de rails du circuit emprunte ce canal tout en restant au sec. Les parois du canal sont agencées de telle sorte que leurs bords supérieurs s'inscrivent dans l'espace libre mentionné ci-dessus, lors du passage du véhicule dans le canal.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront pour l'homme du métier de la description détaillée d'un mode d'exécution préféré de l'invention, en se référant aux figures du dessin, dans lequel

la figure 1 montre une vue latérale en élévation d'un frein selon l'invention,
la figure 2 montre une vue en perspective du même frein,
la figure 3 est une vue latérale d'un train de véhicules traversant une pièce d'eau d'un circuit,
la figure 4 est une coupe transversale d'un véhicule selon le plan XX' de la figure 3.

La tuyère 1 représentée sur la figure 1 et sur la figure 2, est constituée d'un tube de section cylindrique, coudé dans sa partie centrale 1b. L'extrémité de la partie antérieure 1a, définissant l'ouverture d'admission 8 de la tuyère, est coupée en biais par rapport à l'axe Z de cette partie du tube. L'extrémité de la partie postérieure 1c, définissant l'ouverture d'éjection 9 de fluide, est également coupée en biais par rapport à l'axe Z' de cette partie du tube. La partie antérieure 1a comporte deux incisions longitudinales 2 et 3, diamétralement opposées, et contenues dans le plan défini par les axes Z et Z'. La direction de l'axe Z' dévie de la direction de l'axe Z d'un angle d'environ 70°, de sorte que l'angle au sommet (Z, Z') vaut environ 110°. Les plans définissant les ouvertures 8 et 9 sont perpendiculaires au plan défini par Z et Z'.
La tuyère 1 peut être fixée à un véhicule au moyen d'une plaque de fixation 4. La plaque 4 est approximativement trapézoïdale dans sa partie supérieure et percée de six trous permettant de recevoir des boulons. Un côté 4a de la partie inférieure de la plaque 4 présente un contour arrondi qui s'adapte à la courbure intérieure du tube constituant la tuyère 1. Dans le prolongement inférieur de la partie 4a, la plaque 4 comporte une excroissance 4b, elle-même de forme trapézoïdale, dont les dimensions sont telles qu'elle pénètre dans les fentes 2 et 3 de la tuyère 1 en dépassant très légèrement la fente inférieure 2 et l'ouverture 8 de la partie antérieure la.
Sur un des côtés, la plaque 4 comporte une barre de renfort 5 et deux longerons 6 et 7 renforçant eux-mêmes l'assemblage entre la barre de renfort 5 et la plaque 4. Une des extrémités de la barre 5 comporte une découpe de section elliptique enserrant la partie postérieure 1c de la tuyère 1 à proximité de l'ouverture d'éjection 9. L'ensemble des pièces ci-dessus décrites sont réalisées en acier et sont soudées les unes aux autres, formant une structure rigide.
La figure 4 illustre schématiquement le montage d'une paire de freins au châssis d'un véhicule de circuit de roller coaster. Sur la figure 4, la plaque de fixation 14 n'est pas plane comme dans la figure 1, mais prend la forme d'une aile de carrosserie constituée de deux zones planes reliées par un décrochement en biais. Les plaques 14 sont boulonnées sur chaque côté du châssis 15. La tuyère 11 est semblable à la tuyère 1 des figures 1 et 2. La figure 4 montre schématiquement les rails 12 et le train de roulement 13 du véhicule; la structure de tels trains de roulement 13 est connue par ailleurs et ne fait pas partie de la présente invention. On constate qu'entre le train de roulement 13, la face inférieure du châssis 15 et les plaques 14, se trouve ménagé de chaque côté un espace libre A, qui vu en coupe transversale, forme globalement un U renversé.
Les rails 12 sont attachés à une structure 16 en acier, elle-même disposée dans un canal 17 formé par un fond 18 et deux murets en maçonnerie 19 et 20. La hauteur et l'épaisseur du muret 19, ainsi que la forme de la plaque de fixation 14 sont choisies de telle façon que lorsque le véhicule 10 roule sur les rails 12, le haut du muret 19 s'inscrit à l'intérieur de l'espace A sans toucher ni le train de roulement 13, ni le bas du châssis 15 ni la plaque 14 ou la tuyère 11 du frein. Ceci s'applique mutatis mutandis au muret 20.
Une pièce d'eau est aménagée de part et d'autre des murets 19 et 20, de sorte que ceux-ci délimitent entre eux un canal 17 sec ou presque sec: De l'eau peut déborder par-dessus le haut des murets 19 et 20 et remplir le fond du canal, donnant de loin l'illusion d'optique que celui-ci est également rempli d'eau. Cependant le circuit est agencé de telle sorte que le niveau d'eau dans le canal 17 reste toujours nettement inférieur au niveau des rails 12, de sorte que lorsque le véhicule 10 emprunte ce canal 17, le train de roulement 13 ne pénètre pas dans l'eau.
La figure 3 représente schématiquement en vue latérale, la traversée de la pièce d'eau par un train de véhicules emportant des passagers. Dans la zone de gauche, le véhicule arrive d'une partie fortement pentue et il est animé d'une haute vitesse. La courbure des rails est telle que la partie antérieure des tuyères pénètre pratiquement tangentiellement dans l'eau c'est-à-dire presque parallèlement à l'axe Z. La partie centrale de la figure 3 montre la zone de freinage, dans laquelle le déplacement des véhicules génère un mouvement de la masse d'eau traversant les tuyères. Du fait de la courbure des tuyères, la masse d'eau, initialement au repos, subit une accélération vers le haut et est éjectée à grande vitesse, tel que l'illustre la figure 3. Le véhicule perd ainsi de l'énergie cinétique, utilisée pour produire des gerbes d'eau, qui l'entourent de part et d'autre, de sorte qu'il sort du canal de la pièce d'eau à vitesse réduite.
Sur les figures 3 et 4, les axes des parties postérieures des tuyères sont situés dans un plan vertical et sont légèrement inclinés vers l'arrière, de sorte que les gerbes d'eau sont globalement situées dans un plan vertical et dirigées vers l'arrière du véhicule. L'homme du métier comprendra que grâce à d'autres orientations de la partie postérieure des tuyères, les gerbes d'eau peuvent être orientées dans toutes les directions souhaitées. Les gerbes d'eau peuvent être dirigées notamment latéralement vers l'extérieur, de part et d'autre, pour que les passagers ne risquent absolument pas d'être mouillés. Au contraire, notamment pendant le fonctionnement estival du parc d'attraction, les tuyères peuvent être orientées de façon que les gerbes d'eau forment des arches temporaires par-dessus le train de véhicules.

Claims

Frein pour véhicule de circuit de roller coaster, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une tuyère (1, 11) courbée de telle sorte que l'admission de fluide et l'éjection de fluide sont orientées dans des directions différentes et de moyens de fixation pour fixer la tuyère au châssis (15) du véhicule (10).
Frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie antérieure (1a) de la tuyère (1, 11) comportant l'ouverture d'admission (8) et la partie postérieure (1c) de la tuyère comportant l'ouverture d'éjection (9) sont constituées d'un ou plusieurs tubes, choisis de préférence parmi les tubes cylindriques, coniques réguliers ou irréguliers, et cylindro-coniques, et reliées entre elles par une portion de tube coudée (1b).
Frein selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la direction de l'éjection dévie de la direction de l'admission d'un angle supérieur à 30°, et de préférence que l'angle au sommet du coude est compris entre 30° et 180°C.
Frein selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de fixation de la tuyère (1, 11) au châssis (15) du véhicule (10) comprennent un ensemble de barres et/ou de tringles et/ou de plaques (4, 14) permettant d'ajuster l'espacement de la tuyère par rapport au train de roulement (13) du véhicule.
Frein selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de fixation de la tuyère au châssis du véhicule comprennent une pièce de carrosserie sous forme d'une aile capable de former écran entre des passagers du véhicule (10) et des projections de liquide.
Frein selon l'une des revendication 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de fixation comprennent une ou plusieurs plaque(s) (4, 14) de fixation, agencée(s) de façon à rigidifier la structure de la tuyère.
Véhicule de circuit de roller coaster, caractérisé par la présence d'au moins un frein selon l'une des revendications 1 à 6, agencé de sorte que l'ouverture d'admission de fluide de la tuyère (1, 11) est orientée vers l'avant du véhicule.
Véhicule selon la revendication 7, caractérisé par la présence d'une ou plusieurs paires de freins agencées latéralement du châssis et symétriquement par rapport au plan de symétrie longitudinale du véhicule, les ouvertures d'éjection (9) de fluide des tuyères (1, 11) étant orientées dans des directions ascendantes.
Véhicule selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que les axes (Z, Z') desdites parties antérieures (1a) et postérieures (1c) d'une tuyère (1, 11) sont contenus dans un plan parallèle à l'axe du véhicule et incliné par rapport à l'horizontale d'un angle compris entre 30° et 180°C.
Véhicule selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les ouvertures d'admission (8) des tuyères (1, 11) sont agencées à hauteur du train de roulement (13) du véhicule, en particulier sensiblement à hauteur des points de contact avec les rails (12) du circuit.
Véhicule selon la revendication 10, caractérisé en ce que de chaque côté dudit véhicule (10), entre l'ensemble des pièces constituant le train de roulement (13) du véhicule, la face inférieure du châssis (15) du véhicule, et les pièces constituant lesdits freins, se trouve ménagé un espace (A) ouvert vers le bas.
Circuit de roller coaster, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un véhicule (10) selon l'une des revendications 10 à 15, et caractérisé par la présence d'une pièce d'eau agencée de telle sorte que les ouvertures d'admission (8) des tuyères (1, 11) des freins du véhicule pénètrent dans l'eau lorsque le véhicule traverse ou longe ladite pièce d'eau.
Circuit de roller coaster selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite pièce d'eau comprend un canal (17), délimité par deux parois (19, 20) de séparation parallèles, que la voie ferrée (12, 16) du circuit emprunte ledit canal, et que le niveau d'eau dans ledit canal est suffisamment bas pour que le train de roulement (13) du véhicule ne touche pas l'eau.
Circuit selon la revendication 13, caractérisé en ce que les supports (16) de rails dans ledit canal (17) et les parois (19, 20) dudit canal sont agencés de telle sorte que les bords supérieurs desdites parois de séparation s'inscrivent dans ledit espace libre (A) lors du passage dudit véhicule dans ledit canal.
Circuit selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que ladite pièce d'eau est agencée en fin de circuit, avant l'entrée de la gare d'arrivée du circuit.