FR2629420A1 - WING WITH MULTIPLE PANS - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une aile à pans multiples. Cette aile, qui possède un bord avant 8 et un bord arrière 14, est formée de plusieurs éléments 1 adaptés, selon un ordre séquentiel de telle sorte que les axes longitudinaux de leurs profils forment, en position normale, au moins approximativement un secteur d'arc tel que le rapport de la ligne de courbure moyenne de l'extrados à la corde est égal à environ 10... 45 %, chaque élément 1 comportant un bord arrondi 9 et un bord arrière effilé 10 de sorte que l'extrados 11 situé au niveau du bord avant forme, avec la surface de poussée 12 du bord arrière 10 de chaque élément, un canal 13, qui possède une forme se rétrécissant linéairement et dont la largeur minimale est égale à 0,5... 5 % de la longueur de la corde. Application notamment à des voilures pour bateaux en forme d'ailes présentant une portance élevée.The invention relates to a wing with multiple sides. This wing, which has a front edge 8 and a rear edge 14, is formed of several adapted elements 1, in sequential order such that the longitudinal axes of their profiles form, in the normal position, at least approximately a sector of arc such that the ratio of the mean curvature line of the upper surface to the chord is equal to approximately 10 ... 45%, each element 1 having a rounded edge 9 and a tapered rear edge 10 so that the upper surface 11 located at the level of the front edge forms, with the thrust surface 12 of the rear edge 10 of each element, a channel 13, which has a shape narrowing linearly and whose minimum width is equal to 0.5 ... 5% of the length of the rope. Application in particular to wings for boats in the form of wings having a high lift.
Description
La présente invention concerne une aile à pansThe present invention relates to a wing wing
multiples notamment pour une voilure fixe, comprenant plu- in particular for a fixed wing, including several
sieurs éléments sensiblement rigides, possédant un bord if substantially rigid elements having an edge
avant et un bord arrière.front and a back edge.
L'invention concerne la construction des bateaux The invention relates to the construction of boats
et plus particulièrement leur voilure. and more particularly their sails.
Dans la technique antérieure, on connaissait plu- In the prior art, it was known
sieurs types différents de voilures, associés étroitement à la technologie de l'invention. Ainsi on connaît par exemple different types of wings, closely associated with the technology of the invention. So we know for example
l'aile Korbelin (Aerohydrodynamics of sailing, C.A. Mar- the Korbelin wing (Aerohydrodynamics of sailing, C.A. Mar-
chai), la voile fixe (brevet US 4610213) et un système de voiles (brevet français N 2559449). Tous les types mentionnés de voilures présentent des inconvénients de construction et se caractérisent en outre part une commande et une fabrication complexes ainsi que par une faible efficacité. On connaît également une réalisation d'ailes à chai), the fixed sail (US Pat. No. 4,610,213) and a sail system (French patent N 2559449). All the types mentioned of wings have disadvantages of construction and are furthermore characterized by a complex control and manufacture as well as a low efficiency. It is also known a realization of wings to
pans multiples, utilisées en aviation (Vasin J.S., Aerodyna- multiple sections, used in aviation (Vasin J.S., Aerodyna-
mics of the JL-76 T aircraft, M., Transport, 1983). Cette structure comporte quelques éléments d'aile dissymétriques possédant des profils différents et montés de manière à pouvoir pivoter autour de l'axe longitudinal de l'aile, en Mics of the JL-76 T aircraft, M., Transport, 1983). This structure comprises some asymmetrical wing elements having different profiles and mounted so as to be able to pivot about the longitudinal axis of the wing, in
étant raccordés à un dispositif d'actionnement et à un sys- being connected to an actuating device and a system
tème de commande. Cet agencement fournit un rendement élevé (Cy max = 2... 3), tout en présentant cependant des caractéristiques complexes de commande et une fabrication compliquée. En outre, un inconvénient de l'aile à pans multiples mentionnée précédemment est la gamme utilisable étroite d'angles d'attaque, qui permettent d'obtenir la portance maximale de l'aile. En outre, dans l'application d'une aile à une voile, on est en présence d'une fiabilité moins grande et d'une perte résultante de sécuúité, en cas control system. This arrangement provides a high efficiency (Cy max = 2 ... 3), while still having complex control characteristics and complicated manufacturing. In addition, a disadvantage of the aforementioned multi-section wing is the narrow usable range of angles of attack, which allows for maximum wing lift. In addition, in the application of a wing to a sail, there is less reliability and a resulting loss of safety, in case
de grosse mer.big sea.
Le but de la présente invention est déliminer les inconvénients liés à la technologie de l'art antérieur, décrite précédemment, et de réaliser un type entièrement The object of the present invention is to eliminate the disadvantages associated with the technology of the prior art, described above, and to realize a type entirely
nouveau d'aile à pans multiples.new wing with multiple sides.
Ces objectifs incluent l'amélioration du rendement aérodynamique, la réduction des complications de fabrication et la simplification de la construction de l'aile à pans multiples. L'invention est basée sur l'utilisation d'éléments These objectives include improving aerodynamic efficiency, reducing manufacturing complications and simplifying the construction of the multi-section wing. The invention is based on the use of elements
d'aile possédant des profils identiques ou presque identi- wing with identical or almost identical profiles.
ques dans une aile à pans multiples, utilisée dans la voi- in a multi-section wing, used in the
lure d'un navire, grâce à un montage rigide des éléments se- lure of a ship, thanks to a rigid assembly of
lon une disposition en courbe de manière que le rapport de la ligne moyenne de courbure de l'extrados de l'aile à la a curved arrangement so that the ratio of the average line of curvature of the upper surface of the wing to the
corde soit égal à 10...45 %.rope is equal to 10 ... 45%.
En outre, le rayon de courbure de l'extrados In addition, the radius of curvature of the upper surface
augmente depuis le bord avant en direction du bord arrière. increases from the front edge towards the trailing edge.
Chaque élément comporte un bord avant arrondi et un bord arrière effilé de sorte que l'extrados du bord avant de l'élément de l'aile forme, en association avec la surface de poussée du bord arrière de l'élément de l'aile, un canal, Each element has a rounded front edge and a tapered trailing edge so that the upper surface of the front edge of the wing element forms, in association with the thrust surface of the rear edge of the wing element, a canal,
par exemple un canal, qui se rétrécit avec une forme linéai- for example a channel, which narrows with a linear form
re et dont la largeur minimale est égale à 0,5...5 % de la longueur de la corde. La distance des bords avant d'éléments voisins de l'aile est inférieure à la longueur de leur corde. Les éléments de l'aile sont fixés entre des plaques d'extrémité, dont la largeur, à partir de la ligne de courbure maximale de la section d'extrémité de l'aile est re and whose minimum width is equal to 0.5 ... 5% of the length of the rope. The distance of the front edges of neighboring elements of the wing is less than the length of their rope. The wing elements are attached between end plates, whose width, from the maximum curvature line of the end section of the wing is
constante ou augmente en direction du bord avant. constant or increases towards the front edge.
De façon plus spécifique, l'aile à pans multiples conforme à l'invention est caractérisée en ce que les éléments de l'aile sont adaptés, selon un ordre séquentiel, de manière que les axes longitudinaux de leurs profils forment, dans leur position normale de fonctionnement, au moins approximativement un secteur d'arc, tel que le rapport de la'ligne de courbure moyenne de l'extrados de l'aile à la corde est égal à environ 10. More specifically, the wing with multiple sides according to the invention is characterized in that the elements of the wing are adapted, in a sequential order, so that the longitudinal axes of their profiles form, in their normal position at least approximately an arc sector, such that the ratio of the average line of curvature of the upper surface of the wing to the string is equal to about 10.
45 %, et que les différents éléments de l'aile possèdent un bord avant arrondi et un bord arrière de forme effilée de sorte que l'extrados du bord avant des éléments forme, conjointement avec la surface de poussée du bord arrière des éléments, un canal, par exem- ple un canal, qui s'amincit linéairement et dont la largeur..DTD: minimale est égale à 0,5...5 % de la longueur de la corde. 45%, and that the different elements of the wing have a rounded front edge and a rear edge of tapered shape so that the extrados of the front edge of the elements form, together with the push surface of the rear edge of the elements, a channel, for example a channel, which tapers linearly and whose minimum width .DTD: is 0.5 ... 5% of the length of the chord.
L'invention fournit des avantages remarquables. The invention provides remarkable advantages.
La fabrication d'une aile à pans multiples à partir d'éléments possédant un profil identique est plus facile que la réalisation d'une aile comparable à partir The manufacture of a multi-section wing from elements having an identical profile is easier than achieving a comparable wing from
d'éléments différents, entraînés par un système de commande. different elements, driven by a control system.
La géométrie de l'aile, la disposition des élé- The geometry of the wing, the disposition of the
ments de l'aile, le choix de leurs profils avec des surfaces, adaptées l'une à l'autre, des bords avant et arrière d'éléments de l'aile voisins, de manière à former un canal se rétrécissant de façon uniforme avec une largeur minimale égale à 0,5...5 % de la longueur de la corde, comme cela a été décrit précédemment, sont des facteurs facilitant un écoulement non perturbé au niveau des fentes de l'aile à of the wing, the choice of their profiles with surfaces, adapted to each other, the front and rear edges of neighboring wing elements, so as to form a channel narrowing uniformly with a minimum width equal to 0.5 ... 5% of the length of the rope, as previously described, are factors facilitating undisturbed flow at the slots of the wing to
pans multiples. Une fois réalisé le montage rigide réci- multiple sections. Once the rigid installation has been
proque des éléments de l'aile, le dispositif n'a pas besoin d'un système complexe de commande entraînant chaque élément individuellement. Lorsque le bateau change de cap ou que la direction du vent varie, il suffit d'aligner l'ensemble de l'aile sur un angle optimum, ce qui simplifie grandement la commande des voiles. Ici, il faut mentionner que la structure et le profil proposés de l'aile facilitent l'obtention d'un coefficient de portance constant sur une the device does not require a complex control system driving each element individually. When the boat changes course or the direction of the wind varies, it is sufficient to align the entire wing at an optimum angle, which greatly simplifies the control of the sails. Here, it should be mentioned that the proposed structure and profile of the wing facilitates the achievement of a constant lift coefficient on a
plage suffisamment étendue de variations de l'angle d'atta- sufficiently wide range of variations in the angle of attack
que (35 < a < 55 ), ce qui facilite une utilisation effec- than (35 <a <55), which facilitates effective use
tive de l'aile à pans multiples en tant que voile (en raison de son insensibilité à des variations aléatoires de la direction du vent conduisant à une forte réduction du wing as a sail (due to its insensitivity to random variations in wind direction leading to a sharp reduction in
coefficient de portance.lift coefficient.
D'autres caractéristiques et avantages de la pré- Other features and advantages of the pre-
sente invention ressortiront de la description donnée ci- invention will emerge from the description given below.
après, prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: after, taken in reference to the accompanying drawings, in which:
- la figure 1 représente une vue en coupe trans- FIG. 1 represents a cross sectional view
versale d'une aile à pans multiples conforme à la présente invention; versale of a wing with multiple sides according to the present invention;
- la figure 2 représente une vue en élévation la- FIG. 2 represents an elevation view
térale de l'aile représentée sur la figure 1; side of the wing shown in Figure 1;
- la figure 3 représente une vue en élévation la- FIG. 3 represents an elevation view
térale en coupe transversale d'une autre aile à pans multi- cross-sectional section of another multi-section wing
ples conforme à l'invention et fonctionnant selon le mode de "battement"; - la figure 4 représente, sous forme graphique, la variation du coefficient de frottement Cy en fonction du profil de l'aile et de la direction du vent; et - la figure 5 représente, sous forme graphique, la variation du coefficient de portance Cy en fonction de la ples according to the invention and operating according to the mode of "beat"; FIG. 4 represents, in graphical form, the variation of the coefficient of friction Cy as a function of the profile of the wing and the direction of the wind; and FIG. 5 represents, in graphical form, the variation of the lift coefficient Cy as a function of the
géométrie de la plaque d'extrémité. geometry of the end plate.
Sur les figures 1 et 2, on a représenté une aile à pans multiples comportant des éléments 1, des plaques d'extrémité 2, des éléments formant volets 3 et un système de sécurité 4 pour les volets. Les différents éléments 1 de l'aile comportent un bord avant arrondi 9 et un bord arrière effilé 10 de sorte que l'extrados 11 du bord avant 9 des éléments 1 forme, avec la surface de poussée 12 du bord arrière 10 de l'élément 1 voisin, un canal 13, par exemple In Figures 1 and 2, there is shown a wing with multiple sections comprising elements 1, end plates 2, flap members 3 and a security system 4 for the flaps. The various elements 1 of the wing comprise a rounded front edge 9 and a tapered rear edge 10 so that the upper surface 11 of the front edge 9 of the elements 1 forms, with the thrust surface 12 of the rear edge 10 of the element 1 neighbor, a channel 13, for example
un canal qui s'amincit linéairement et dont la largeur mini- a channel that tapers linearly and whose minimum width
male est égale à 0,05...5 % de la longueur g de la corde. male is equal to 0.05 ... 5% of the length g of the rope.
Les éléments 1 de l'aile possèdent avantageusement un pro- The elements 1 of the wing advantageously have a
fil identique, et les différents éléments sont montés rigidement selon une disposition donnant sa forme courbe à l'aile. Les éléments 1 de l'aile sont adaptés selon un ordre séquentiel de manière que les axes longitudinaux des profils forment, dans la position normale de fonctionnement, au moins approximativement un secteur d'arc. La distance des bords avant 9 des éléments voisins 1 est inférieure à la longueur de leur corde. En outre conformément à la figure 2, les éléments 1 de l'aile sont montés entre des plaques de base 2. Les plaques de base 2 servent à empêcher un écoulement d'air à partir de la surface de poussée en direction de l'extrados et simultanément augmentent le coefficient de portance. Grâce à l'utilisation de ce type d'élément d'aile, on obtient une construction suffisamment rigide et spacieuse, sans qu'il soit nécessaire de prévoir un système particulier de rigidification ou d'arrimage. Sur la figure 1, on a représenté une structure d'aile orientée à gauche et sur la figure 3, une structure d'aile orientée à droite. Les éléments de l'aile, orientés à gauche et à droite peuvent être combinés dans un élément d'aile intégré grâce à la superposition des éléments tournés en des sens opposés, ce qui permet le montage de plans intermédiaires identical thread, and the various elements are mounted rigidly in a disposition giving its curved shape to the wing. The elements 1 of the wing are adapted in a sequential order so that the longitudinal axes of the profiles form, in the normal operating position, at least approximately an arc sector. The distance of the front edges 9 of the neighboring elements 1 is less than the length of their rope. In addition according to Figure 2, the elements 1 of the wing are mounted between base plates 2. The base plates 2 serve to prevent an air flow from the thrust surface towards the upper surface. and simultaneously increase the lift coefficient. Thanks to the use of this type of wing element, a sufficiently rigid and spacious construction is obtained, without it being necessary to provide a particular stiffening or lashing system. In Figure 1, there is shown a wing structure oriented to the left and in Figure 3, a wing structure oriented to the right. The left and right wing elements can be combined in an integrated wing element by superimposing the turned elements in opposite directions, allowing the fitting of intermediate planes.
entre des éléments tournés dans des directions opposées. between elements turned in opposite directions.
L'utilisation d'une aile à pans multiples dans une voilure rend nécessaire de prévoir un système permettant de The use of a wing with multiple sides in a wing makes it necessary to provide a system allowing to
réduire instantanément le coefficient de portance de l'aile. instantly reduce the lift coefficient of the wing.
Un système utilisable à cet effet pour la structure proposée est formé par un système de volets, représenté sur la figure 3 et appliqué à au moins un élément 5 ou à une partie de cet élément. Ce système raccorde l'élément 5 au composant voisin et/ou aux plaques d'extrémités 2. L'aile représentée sur la figure fonctionne selon le mode de "battement" et les éléments formant volets 5 s'ouvrent en pivotant autour des A system usable for this purpose for the proposed structure is formed by a flap system, shown in Figure 3 and applied to at least one element 5 or part of this element. This system connects the element 5 to the neighboring component and / or to the end plates 2. The wing shown in the figure operates in the "flapping" mode and the flap elements 5 pivotally open around the flaps.
arbres de support 6, tout en étant supportés par des accou- support shafts 6, while being supported by
plements de sécurité 4. Au moins l'un des éléments 5 est monté pivotant par ses arbres de support 6 sur les plaques d'extrémité 2, les arbres de support étant disposés aux extrémités de cet élément, au voisinage du bord avant 9 de ce dernier, ce qui a pour effet que le centre de pression de cet élément reste à l'intérieur de la section de l'élément situé entre l'arbre de support 6 et le bord arrière 10. De façon correspondante, l'arbre de support 6 est également disposé à l'autre extrémité de l'élément 5 de manière à permettre à ce dernier de tourner autour de ses arbres de support 6 dans la direction de son axe longitudinal. Lors d'un fonctionnement normal, l'accouplement de sécurité 4 maintient l'élément fixe et libère l'élément formant volet si la vitesse (force) du vent dépasse une valeur réglée (par exemple 15 m/s), ce qui crée une situation manifestement dangereuse pour la stabilité du bateau, en permettant le désenclenchement de l'accouplement de sécurité 4 et une rotation de l'élément 5 ou d'une partie de cet élément pour venir dans la position de battement. L'accouplement de sécurité 4 peut être agencé sous la forme d'un vérin comportant une soupape de sécurité. Le vérin de 4. At least one of the elements 5 is pivotally mounted by its support shafts 6 on the end plates 2, the support shafts being disposed at the ends of this element, in the vicinity of the front edge 9 of this element. last, which has the effect that the center of pressure of this element remains inside the section of the element located between the support shaft 6 and the rear edge 10. Correspondingly, the support shaft 6 is also disposed at the other end of the element 5 so as to allow the latter to rotate around its support shafts 6 in the direction of its longitudinal axis. During normal operation, the safety coupling 4 holds the fixed element and releases the shutter element if the wind speed (force) exceeds a set value (for example 15 m / s), which creates a obviously unsafe situation for the stability of the boat, by allowing the release of the safety coupling 4 and a rotation of the element 5 or a part of this element to come into the flapping position. The safety coupling 4 can be arranged in the form of a jack comprising a safety valve. The cylinder of
l'accouplement de sécurité 4, par exemple un vérin pneuma- the safety coupling 4, for example a pneumatic cylinder
tique ou hydraulique, peut être réglable, ce qui facilite un réglage continu du coefficient de portance de l'aile. Dans le cas d'une aile à 5 éléments, il est judicieux de prévoir le système de sécurité pour quatre des éléments. Cet agencement permet d'obtenir une rigidité structurelle suffisamment élevée et, simultanément -comme des résultats expérimentaux l'indiquent- une réduction de la charge du vent dans des cas d'urgence, à une valeur égale à tick or hydraulic, can be adjustable, which facilitates a continuous adjustment of the coefficient of lift of the wing. In the case of a wing with 5 elements, it is advisable to provide the security system for four of the elements. This arrangement makes it possible to obtain a sufficiently high structural rigidity and, simultaneously - as experimental results indicate - a reduction in the wind load in emergency cases, to a value equal to
1/2.. 1/3,5 de la charge normale.1/2 .. 1 / 3.5 of the normal charge.
Sur la représentation graphique de la figure 4, le profil de l'aile est défini comme étant un rapport f, qui In the graphical representation of FIG. 4, the profile of the wing is defined as being a ratio f, which
est calculé en tant que rapport de la ligne de courbure mo- is calculated as the ratio of the curvature line
yenne c à la corde g de l'aile. Sur l'axe vertical on a por- yenne c to the rope g of the wing. On the vertical axis we have
té le coefficient de portance Cy et sur l'axe horizontal la direction a du vent. Conformément à ce diagramme, le rayon de courbure de l'aile peut augmenter depuis le bord avant 8 en direction du bord arrière 14. Le rapport de la ligne de courbure moyenne c de l'extrados à la corde g de l'aile est the lift coefficient Cy and on the horizontal axis the wind direction. According to this diagram, the radius of curvature of the wing can increase from the front edge 8 towards the rear edge 14. The ratio of the average curvature line c of the extrados to the rope g of the east wing
égal de préférence à 10...45 %.preferably equal to 10 ... 45%.
Dans le cas de la figure 5, de façon correspon- In the case of Figure 5, correspondingly
dante on a porté sur l'axe vertical le coefficient de portance Cy et sur l'axe horizontal le rapport de la surface S de la plaque d'extrémité à la surface de base Sb. Comme cela ressort à l'évidence sur le diagramme, la largeur de la plaque d'extrémité 2, à partir du point de la ligne de courbure maximale de la section d'extrémité, est constante In the vertical axis, the lift coefficient Cy has been applied to the horizontal axis and the ratio of the surface S of the end plate to the base area Sb. As is evident from the diagram, the width of the end plate 2, from the point of the maximum curvature line of the end section, is constant
ou augmente en direction du bord avant. or increases towards the front edge.
Lorsque l'écoulement d'air attaque l'aile à pans When the airflow attacks the wing
multiples, une force de portance perpendiculaire à l'écoule- multiple, a lift force perpendicular to the flow
ment est crée par le vent.is created by the wind.
Sur la figure 3 on a représenté de quelle manière la modification des paramètres de l'aile (largeur minimale du canal 13 et ligne de courbure moyenne g) dans les gammes de fonctionnement mentionnées dans ce qui précède entraîne un arrêt de l'écoulement non perturbé avec une réduction FIG. 3 shows how the modification of the parameters of the wing (minimum width of the channel 13 and mean curvature line g) in the operating ranges mentioned above results in a stop of the undisturbed flow. with a reduction
simultanée du coefficient de portance. simultaneous lift coefficient.
Conformément à la figure 4, la forme et la surface de la plaque d'extrémité 2 sont également des facteurs qui influencent fortement le rendement de l'aile. La forme optimale de la plaque est rectangulaire ou proche de cette forme. Dans cet agencement, il est important de noter que la plaque d'extrémité est "épaisse" au-dessus de la surface de According to Figure 4, the shape and the surface of the end plate 2 are also factors that strongly influence the performance of the wing. The optimal shape of the plate is rectangular or close to this shape. In this arrangement, it is important to note that the end plate is "thick" above the surface of
l'extrados du bord avant 8 de l'aile. the extrados of the front edge 8 of the wing.
Lors d'essais expérimentaux on a vérifié le ren- In experimental trials, it has been verified that
dement élevé de l'aile à pans multiples, avec les paramètres of the multi-section wing, with the parameters
suivants: Cy max = 2,85, Ct max = 3,4, 350 S a ' 55'. following: Cy max = 2.85, C max = 3.4, 350 S to '55'.
La simplicité de fabrication (due à l'utilisation The simplicity of manufacture (due to the use
d'éléments identiques) et l'utilisation (due à la suppres- identical elements) and the use (due to the
sion d'une commande individuelle des éléments) permettent individual control of the elements)
des applications étendues de la voilure décrite. extensive applications of the wing described.
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