DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

La présente invention concerne un hydrofoil rhomboédrique et une embarcation le comportant. Elle s’applique, en particulier, aux planches à voile, planches de surf et aux bateaux à une ou plusieurs coques, à voile et/ou à moteur.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE

Une embarcation est une construction flottante (bateau) naviguant à voile, à rames ou à moteur. En mécanique des fluides, un hydrofoil est une aile positionnée sous l’embarcation et profilée de façon à engendrer, par son déplacement dans l'eau, une force de portance qui agit sur sa vitesse et sa stabilité. Dans le domaine du nautisme, la vitesse de déplacement engendre sur le ou les hydrofoils une portance hydrodynamique capable de soulever la ou les coques de l’embarcation partiellement ou totalement hors de l'eau. Le but de ce transfert de portance est de réduire la traînée de la coque ou du flotteur (frottement et vagues) et de réduire la puissance nécessaire à la vitesse de croisière.

Dans le cas des hydrofoils complètement immergés, la surface portante est entièrement et constamment immergée. L’avantage de cette configuration est sa capacité à isoler le bateau de l’effet des vagues dès que sa vitesse est suffisante, pour que le navire décolle, et que la houle ne soit pas trop forte. Les supports ou montants ou « jambes » qui relient les hydrofoils à la coque ne contribuent généralement pas à la portance. Cette configuration à hydrofoils immergés peut présenter un rendement (portance/traînée) plus élevé mais n'est pas naturellement stable en tangage et en roulis. D'autre part la surface portante est constante quelle que soit la vitesse et la hauteur de vol. Sans système de régulation, rien ne stabilise la profondeur d'immersion : l’hydrofoil peut arriver à l'interface air/eau. Pour ces deux raisons le navire doit être équipé d'un système de stabilisation active piloté par des capteurs d'altitude (comme sur le Moth à hydrofoil) ou par une centrale (capteurs d'altitude, accéléromètres). Pour faire varier les portances longitudinales et transversales en fonction de la vitesse, du rayon de virage demandé et du poids du bateau, les hydrofoils doivent être équipés d'un système de variation de portance agissant sur le calage ou la cambrure du profil ou sur l'écoulement local. On trouve dans cette famille le plus souvent des hydrofoils en « T » inversé, mais aussi en « U » ou en « L ».

Sur les monocoques, il y a nécessité d’avoir un hydrofoil sur chaque bord afin de créer la « portance » du côté où le bateau penche. Pour des raisons de stabilité et/ou contraintes mécaniques importantes cela réduit l’optimisation de leur placement ainsi que la forme de leur design, donc de leurs performances globales. Cet emplacement ainsi que leur forme les rendent plus fragiles et surtout très exposés à tous corps flottants. Du fait de ces contraintes, la trainée engendrée par ces hydrofoils est relativement importante par rapport aux gains engendrés et limite leur bénéfice global.

Par opposition aux voilures d'aéronef (par exemple décrites dans les documents WO 2018/158 549, CN 107 097 952 et US 2010/051 755) les hydrofoils des petites embarcations, telles les planches à voile et les planches de surf, présentent une aile avant à profil porteur (générant une portance vers le haut) et une aile arrière à profil déporteur (générant une portance vers là-bas) afin de générer un couple qui compense celui du poids de l’embarcation avec passager(s).

Le document US2014/0209006 décrit une dérive configurée pour assurer une stabilité latérale. Cette dérive comporte quatre volets (« sidewall ») trapézoïdaux dont l’extension longitudinale parallèlement à l’axe d’écoulement décroît en fonction de la distance à la base de la dérive. Ces quatre volets entourent une ouverture présentant, en vue selon cet axe, une forme de quadrilatère. Vus de côté, les volets s’étendent vers l’arrière de la planche et les volets inférieurs présentent par rapport à un plan vertical perpendiculaire à l’axe d’écoulement, un angle supérieur à celui des volets supérieurs. Les sections des volets supérieurs sont prévues pour avoir un profil porteur et celles des volets inférieurs pour avoir un profil déporteur.

PRÉSENTATION DE L’INVENTION

La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.

A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un hydrofoil selon la revendication 1 . L’inventeur a découvert que cette forme d’hydrofoil présente des caractéristiques et effets techniques particulièrement intéressants. Par exemple, un tel hydrofoil de 1 ,5 mètre d’envergure peut soulever six tonnes à la vitesse de 35 nœuds. Avec un hydrofoil rhomboédrique, on augmente la vitesse de l’embarcation et/ou on diminue la puissance requise pour atteindre cette vitesse.

En utilisant un hydrofoil rhomboédrique il est possible de le monter à l’extrémité de la quille et de bénéficier ainsi du montage sur vérins dont elle dispose, optimisant la trainée totale du bateau. En utilisant des surfaces de contrôle sur les différentes surfaces de l’hydrofoil rhomboédrique il est possible d’engendrer des portances adaptées aux conditions/besoins de navigation. Il est aussi possible d’engendrer des forces différentielles qui permettent d’influencer et/ou contrôler la stabilité du bateau. Sur un multicoque et/ou sur un monocoque avec deux quilles parallèles, la stabilité plus importante permet non seulement d’avoir deux hydrofoils rhomboédriques qui travaillent ensemble mais aussi de limiter les effets de gite donc une simplification du design des coques et une meilleure répartition des charges et contraintes sur l’ensemble de la structure.

Dans des modes de réalisation, l’hydrofoil objet de l’invention comporte, de plus, un corps comportant :

- une attache pour le mât inférieur de l'embarcation,

- un support d’emplanture et de jonction des ailes avant et

- un support d’emplanture et de jonction des ailes arrière, les supports d’emplanture d’ailes avant et arrière étant positionnés respectivement, de part et d’autre de ce corps dans le plan de symétrie de l’hydrofoil.

Le corps assure ainsi une rigidité de l’hydrofoil et permet de réduire les épaisseurs des ailes.

Dans des modes de réalisation, le corps de l’hydrofoil comporte un lest. L’hydrofoil a ainsi une double fonction.

Dans des modes de réalisation, le corps de l’hydrofoil comporte un ballast. Le ballast peut ainsi être vidé lorsque la coque de l’embarcation s’élève. Dans des modes de réalisation, l’hydrofoil objet de l'invention comporte, au moins sur chaque aile d’un couple d’ailes, au moins un volet actionné par un actionneur. Grâce à ces dispositions, un système de stabilisation active de l’embarcation est particulièrement efficace.

Dans des modes de réalisation, à chaque jonction des extrémités d’ailes avant et arrière est positionnée une surface verticale de fermeture de ces extrémités d’ailes. Ces surfaces verticales de fermeture des extrémités d’ailes permettent de réduire la trainée de la voilure.

Dans des modes de réalisation,

- une extrémité de chaque aile avant est articulée à une extrémité d’une aile arrière et

- au moins un des supports d’emplanture d’ailes est mobile le long du corps de l’hydrofoil.

Ainsi, on agrandit de manière significative le domaine d’utilisation et les performances globales de l’hydrofoil et de l’embarcation. L’hydrofoil objet de l’invention présente une voilure de type rhomboédrique dont les ailes avant et les ailes arrière sont à géométrie variable tout en restant jointes à leurs extrémités pour obtenir des formes très différentes.

Dans des modes de réalisation, la longueur des ailes arrière est strictement inférieure à la longueur des ailes avant, l’angle formé entre l’axe longitudinal principal du corps de l’hydrofoil et l’axe principal des ailes arrière étant en conséquence, dans toutes les configurations d’utilisation, plus obtus que l’angle formé entre l’axe longitudinal principal du corps de l’hydrofoil et l’axe principal des ailes avant. Grâce à ces dispositions, les ailes avant sont toujours en configuration de flèche et les ailes arrière peuvent prendre une configuration en flèche inversée, droite, c’est-à-dire perpendiculaire au corps de l’hydrofoil, ou en flèche non inversée, ainsi que dans toutes les configurations intermédiaires.

Dans des modes de réalisation, au moins un des supports d’emplanture d’ailes est configuré pour se rapprocher de l’autre support d’emplanture d’ailes pour que les ailes avant forment les hypoténuses de triangles rectangles formés par les ailes avant, les ailes arrière et le corps de l’hydrofoil, l’axe principal de chacune des ailes arrière étant, dans ces triangles rectangles, perpendiculaire à l’axe principal longitudinal du corps de l’hydrofoil.

Dans des modes de réalisation, au moins un des supports d’emplanture d’ailes est configuré pour se rapprocher de l’autre support d’emplanture d’ailes pour que les ailes avant et les ailes arrière soient en flèches, non inversées. Grâce à ces dispositions, la flèche des ailes avant peut être élevée et l’envergure réduite, notamment pour les configurations de vol à plus haute vitesse.

Dans des modes de réalisation, au moins un des supports d’emplanture d’ailes est configuré pour s’éloigner de l’autre support d’emplanture d’ailes pour que l’envergure de l’hydrofoil soit inférieure à la somme de quatre fois la largeur maximale des ailes avant et des ailes arrière, d’une part, et de la largeur du corps de l’hydrofoil, d’autre part.

Dans des modes de réalisation particulier, chacun des supports d’emplanture d’ailes est mobile le long du corps de l’hydrofoil. Grâce à ces dispositions, la configuration géométrique de la voilure est adaptable à toute répartition de masse ou de poussée.

Dans des modes de réalisation, au moins un support d’emplanture d’ailes est mis en mouvement par un moteur, une unité centrale actionnant ledit moteur. Grâce à ces dispositions, le centre de poussée de la voilure peut être déplacé d’avant en arrière sur le corps de l’hydrofoil, indépendamment de la géométrie de la voilure dictée par la distance entre les supports d’emplanture d’aile.

Dans des modes de réalisation, au moins un support d’emplanture d’ailes comporte un rail et une vis sans fin. Grâce à ces dispositions, le déplacement du support d’emplanture d'ailes est aisé.

Dans des modes de réalisation, au moins un support d’emplanture d’ailes avant comporte au moins un pivot.

Dans des modes de réalisation, une tringle interne à l’une des ailes maintient le plan principal de la surface verticale de fermeture des extrémités d’ailes parallèle à l’axe principal du corps de l’hydrofoil.

Grâce à ces dispositions, les jonctions des ailes avant et arrière peuvent être simplifiées puisqu’elles n’ont pas comme fonction de maintenir le plan des surfaces verticales de fermeture des extrémités d'ailes en position.

Dans des modes de réalisation, les jonctions des extrémités des ailes avant et arrière comportent des pivots.

Dans des modes de réalisation, les ailes arrière possèdent un profil déporteur. Ces dispositions correspondent aux cas des embarcations dans lesquelles le mât de l’hydrofoil est en arrière de l’embarcation, donc de son centre de gravité, par exemple les planches à voile ou les planches de surf.

Dans des modes de réalisation, les ailes arrière possèdent un profil porteur. Ces dispositions correspondent aux cas des embarcations dans lesquelles le mât de l’hydrofoil est sous le centre de gravité de l’embarcation, par exemple pour les voiliers monocoques ou multicoques.

Selon un deuxième aspect, la présente invention vise une embarcation comportant un hydrofoil objet de l’invention.

Les avantages, buts et caractéristiques de cette embarcation étant similaires à ceux de l’hydrofoil objet de l’invention, ils ne sont pas rappelés ici.

Dans des modes de réalisation, l’embarcation objet de l’invention comporte un moyen d’adaptation de la position d’au moins une emplanture d’ailes aux conditions de navigation.

Grâce à ces dispositions, au cours de la navigation, en fonction de la charge embarquée, de la vitesse, de la profondeur de l’hydrofoil par rapport à la surface de l’eau, de l’autonomie visée et/ou de la manœuvrabilité visée, le moyen d’adaptation modifie la configuration géométrique de la voilure en déplaçant au moins une emplanture d’aile.

Dans des modes de réalisation, l’embarcation objet de l'invention comporte des moyens de morphisme des ailes, pour modifier l’inclinaison des axes de rotation des ailes et provoquer une variation d’incidence, le moyen d’adaptation commandant les moyens de morphisme.

Grâce à ces dispositions, au cours de la navigation, en fonction de la charge embarquée, de la vitesse, de la profondeur de l’hydrofoil par rapport à la surface de l’eau, de l’autonomie visée et/ou de la manœuvrabilité visée, le moyen d’adaptation modifie l’incidence de la voilure.

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1 représente, schématiquement et en vue en perspective, un premier mode de réalisation particulier de l’embarcation objet de l’invention,

- la figure 2 représente une vue de détail de la figure 1 ,

- la figure 3 représente, schématiquement et en vue de côté, l’embarcation illustrée en figures 1 et

2,

- la figure 4 représente, schématiquement et en vue de face, l’embarcation illustrée en figures 1 à

3,

- la figure 5 représente, schématiquement et en vue de dessus, un premier mode de réalisation particulier de l’hydrofoil objet de l’invention,

- la figure 6 représente, schématiquement et en vue de côté, l’hydrofoil illustré en figure 5,

- la figure 7 représente, schématiquement et en vue de dessus, un deuxième mode de réalisation particulier de l’hydrofoil objet de l’invention, dans une première configuration,

- la figure 8 représente, schématiquement et en vue de dessus, l’hydrofoil illustré en figure 7, dans une deuxième configuration,

- la figure 9 représente, schématiquement et en vue de dessus, l’hydrofoil illustré en figures 7 et 8, dans une troisième configuration,

- la figure 10 représente, schématiquement et en perspective, l’hydrofoil illustré en figures 7 à 9, dans la configuration illustrée en figure 8,

- la figure 11 représente, schématiquement et en perspective, une articulation mobile de support d’emplanture d’ailes avant,

- la figure 12 représente, schématiquement et en perspective, une articulation mobile de support d’emplanture d’ailes arrière,

- la figure 13 représente, schématiquement et en perspective, une articulation d’extrémité d’ailes avant et arrière,

- la figure 14 représente, sous forme de logigramme, des étapes de fonctionnement de l’hydrofoil illustré en figures 7 à 13,

- la figure 15 représente, schématiquement et en vue en perspective, un deuxième mode de réalisation particulier de l’embarcation objet de l’invention,

- la figure 16 représente, en vue de côté, l’embarcation illustrée en figure 15,

- la figure 17 représente, en vue de face, l’embarcation illustrée en figures 15 et 16, et

- la figure 18 représente, en vue de face, l’embarcation illustrée en figures 15 à 17.

DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION

On note, dès à présent, que les figures ne sont pas à l’échelle. Pour simplifier la compréhension des dessins et schémas, les ailes et surfaces verticales à la jonction des extrémités d’ailes sont représentées par des surfaces de faible épaisseur. Dans toute la description, on oriente les directions en fonction du flux d’eau destiné à traverser l’hydrofoil. Lorsque cet hydrofoil est monté sur une embarcation, ces directions correspondent ainsi à celles de l’embarcation. On appelle donc « avant « ce qui est dirigé vers l’arrivée du flux d’eau pendant la navigation, « arrière » ce qui est dirigé vers l’éloignement de l’eau pendant la navigation, « inférieur », ce qui est éloigné de la surface de l’eau et donc du flotteur de l’embarcation, « supérieur » ce qui est plus proche de la surface de l’eau et donc du flotteur de l’embarcation et « latéral » ce qui est éloigné du plan de symétrie de l’hydrofoil et du plan de symétrie de l’embarcation. « Latéral » correspond ainsi aux côtés de l’embarcation, aussi appelés bâbord et tribord.

On rappelle les définitions suivantes : une embarcation est un « Bateau de faible dimension, généralement non ponté, naviguant à voile, à rames, à vapeur ou à moteur », on pourrait remplacer le terme « embarcation » par « embarcation nautique » un hydrofoil est « En mécanique des fluides, un hydrofoil est une aile positionnée et profilée de façon à engendrer, par son déplacement dans l'eau, une force de portance qui agit sur sa vitesse et sa stabilité. », un rhomboèdre est un polyèdre à trois dimensions ressemblant au cube, excepté que ses faces ne sont pas carrées mais en forme de losanges. Par extension, selon la présente invention, les quatre ailes ont des formes de losange mais les faces avant et arrière de ce rhomboèdre peuvent ne pas être planes et présenter deux côtés inférieurs, respectivement les bords d’attaque et de fuite des ailes inférieurs, dont la longueur est différente de celle des leurs deux côtés supérieurs, respectivement les bords d’attaque et de fuite des ailes supérieures.

Une dérive sert à assurer la stabilité latérale d’une embarcation alors qu’un hydrofoil vise à faire déjauger ou « décoller » une embarcation d’un milieu aquatique.

On observe, en figures 1 à 4, une embarcation 40 comportant un hydrofoil 20 relié à une coque 41 par un mât inférieur 45. La coque 41 porte aussi un mât 42, deux voiles 43 et 44 étant supportées par le mât 42. On observe, en figure 3, un axe 47 de déplacement de l’embarcation 40 et un axe principal 46 de l’hydrofoil 20 parallèle à l’axe 47.

L’embarcation 40 se déplace au moins partiellement dans le milieu aérien et sur un milieu aquatique, l’hydrofoil étant immergé dans le milieu aquatique. Le but d’un hydrofoil est de faire déjauger, au moins partiellement, l’embarcation, c’est-à-dire de réduire la surface de contact entre l’embarcation et le milieu aquatique. Bien que l’embarcation 40 prenne, dans les figures, la forme d’un monocoque à voile, l’hydrofoil objet de l’invention s’applique aussi bien à toute embarcation dont, en particulier, les planches à voile, les planches de surf et les bateaux à une ou plusieurs coques, à voile et/ou à moteur. L'embarcation objet de l’invention peut comporter un ou plusieurs hydrofoils rhomboédriques.

L’hydrofoil 20 pour embarcation 40 se déplaçant parallèlement à un axe horizontal 46 est symétrique par rapport à un plan vertical et rhomboédrique ou rhomboïdal ou rhomboïde. Le rhomboèdre est défini par rapport à ce plan vertical et cet axe horizontal. On rappelle qu’une voilure rhomboédrique (ou rhomboïdale ou rhomboïde) est une variante d'ailes en tandem dont les extrémités se rejoignent. L'aile avant fixée sur la partie basse du corps de l’hydrofoil est en flèche arrière, et l'aile arrière fixée sur la partie haute de la dérive est en flèche avant. La voilure constituée de l’ensemble des ailes, forme une surface projetée continue en quadrilatère, proche d’un losange, creux.

L’hydrofoil 20 est destiné à être monté sur un mât inférieur 45 (voir figures 1 à 4) d’une embarcation prédéterminée 40. En d’autres termes, la configuration géométrique de l’hydrofoil 20 dépend des caractéristiques physiques, notamment poids et position du mât 45, de l’embarcation 40. L’hydrofoil 20 comporte des ailes avant inférieures 21 et 22 reliées entre elles par une jonction, ou emplanture d’aile, 23 et 24, et des ailes arrière supérieures 25 et 26 reliées entre elles par une jonction ou emplanture d’aile 31 . Ce qui signifie que les ailes avant 21 et 22 sont, une fois l’hydrofoil monté sur le mât inférieur de l’embarcation, plus éloignées de l’embarcation que les ailes arrière 25 et 26.

L’extrémité de chaque aile avant, la plus éloignée de la jonction des ailes avant, est reliée à une extrémité d’une aile arrière, la plus éloignée de la jonction des ailes arrière, par une liaison mécanique, respectivement 27 et 28. Les ailes avant 21 et 22 possèdent un profil porteur, c’est-à- dire que leur mouvement dans l’eau vers l’avant génère une portance tendant à rapprocher l’hydrofoil 20 de la surface de l’eau et à soulever le mas reliant l’hydrofoil à l’embarcation. Les ailes arrières 25 et 26 ont, dans le cas d’un hydrofoil positionné sur un mât 45 sous le centre de gravité de l’embarcation 40, un profil porteur.

L’ensemble de ces ailes 21 , 22, 25 et 26 présente une première projection orthogonale sur un plan dit « vertical » perpendiculaire à l’axe de déplacement 46. La première projection a la forme d’un quadrilatère présentant un angle obtus au niveau de la jonction des ailes avant, un angle obtus au niveau de la jonction des ailes arrière et deux angles aigus à la jonction d’une aile avant et d’une aile arrière.

L’ensemble de ces ailes 21 , 22, 25 et 26 présente une deuxième projection orthogonale sur un plan dit « horizontal » orthogonal au plan de symétrie et comportant un axe parallèle à l’axe de déplacement 46. La deuxième projection a la forme d’un quadrilatère ne présentant que des angles de mesures inférieures à 180 degrés.

Dans le premier mode de réalisation illustré en figures 5 et 6, l’hydrofoil 20 comporte un corps 32. Dans d'autres modes de réalisation, l’hydrofoil objet de l’invention ne comporte pas de corps, les ailes étant reliées entre elles pour former un rhomboèdre, figure dont deux projections orthogonales sur des plans orthogonaux (ici un plan vertical perpendiculaire à l’axe 46 et un plan horizontal), forment des quadrilatères dont les mesures de tous les angles sont inférieures à 180 degrés. Les supports 23, 24 et 31 d’emplanture d’ailes avant 21 et 22 et arrières 25 et 26 sont positionnés respectivement, de part et d’autre de ce corps 32 dans le plan vertical de symétrie de l’hydrofoil 20. Le corps 32 assure ainsi la rigidité de l’hydrofoil 20 et permet de réduire les épaisseurs des ailes 21 , 22, 25 et 26. Plus précisément, la liaison des ailes avant 21 et 22 est en partie basse du corps 32 et la liaison des ailes arrière 25 et 26 est en partie haute du corps 32. L’hydrofoil 20 comporte, au moins sur chaque aile d’un couple d’ailes (ici les ailes arrière 25 et 26), au moins un volet, respectivement 29 et 30, actionné par un actionneur (non représenté). Un système de stabilisation active de l’embarcation 40 est ainsi particulièrement efficace. Dans des modes de réalisation, les ailes avant 21 et 22 présentent ainsi des surfaces de contrôle (non représentées), ailerons ou volets et les ailes arrière 25 et 26 présentent des surfaces de contrôle (non représentées), ailerons ou volets.

A chaque jonction des extrémités d’ailes avant 21 et 22 et arrière 25 et 26 est positionnée une surface verticale, respectivement 27 et 28, dont un axe est parallèle à l’axe 46. Ces surfaces verticales 27 et 27 de fermeture des extrémités d’ailes permettent de réduire la traînée de la voilure. La fermeture des extrémités des ailes, pour obtenir une aile d’allongement quasiment infinie, consiste ainsi en une surface hydrodynamique verticale 27 ou 28 (profilée ou non). Une des caractéristiques des ailes rhomboïdes est l’absence de surface verticale, donc d’un gain non négligeable en traînée de profil. Chaque surface verticale 27 ou 28 qui joint deux ailes en leurs extrémités permet de fermer l’espace et ainsi, en théorie, d'avoir une aile proche d’une aile à envergure infinie.

Dans des modes de réalisation, le corps 32 de l’hydrofoil 20 comporte un lest. L’hydrofoil a ainsi une double fonction. Dans des modes de réalisation, le corps 32 de l’hydrofoil 20 comporte un ballast. Le ballast peut ainsi être vidé lorsque la coque de l’embarcation 40 s’élève hors de l’eau. Chacune des ailes 21 , 22, 25 et 26 représentées dans les figures présente une forme générale en rectangle. Elles sont ainsi à corde constante, leurs bords d’attaque et de fuite étant parallèles. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à ce type de forme générale mais s’étend à toutes les formes d’ailes, hormis les ailes delta.

L’inventeur a découvert que la configuration rhomboïde permet de garder une finesse quasi constante sur une grande plage de vitesse en faisant varier la cambrure des ailes avant (et arrière pour conserver un vol équilibré). Cette particularité a été confirmée lors d’études en soufflerie. L’utilisation du morphisme des ailes est particulièrement bien adaptée car une faible variation angulaire des ailes avant et arrière peut introduire des variations importantes d’incidence et/ou de variation de cambrure sur leur envergure. Cela permet de limiter l’usage des déflexions des volets, qui ont comme inconvénient la complexité des mixages des huit volets et le manque de précision/résolution des servomoteurs et des commandes mécaniques de ces servomoteurs.

Le morphisme est une solution extrêmement élégante pour “affiner” le réglage de la voilure aux conditions de vol sans avoir l’inconvénient des solutions lourdes et hydrodynamiquement peu propres des volets multiples au bord de fuite et/ou les becs et autres appendices au bord d’attaque. La voilure de type rhomboïde se prête particulièrement bien à ce type de “contrôle”.

On observe, en figure 7, un hydrofoil 50 comportant un corps 51 de l'hydrofoil et une voilure 52 de forme rhomboédrique. L’hydrofoil 50 est destiné à être monté sur un mât inférieur d’une embarcation prédéterminée. En d’autres termes, la configuration géométrique de l’hydrofoil 50 dépend des caractéristiques physiques, notamment poids et position du mât, de l’embarcation. L’hydrofoil 50 comporte une aile avant gauche inférieure 53, une aile avant droite inférieure 54, une aile arrière gauche supérieure 55 et une aile arrière droite supérieure 56. Ce qui signifie que les ailes avant 53 et 54 sont, une fois l’hydrofoil monté sur le mât inférieur de l’embarcation, plus éloignées de l’embarcation que les ailes arrière 55 et 56.

Les ailes avant 53 et 54 se rejoignent sur un support d’emplanture 57 d’ailes avant situé en dessous du corps de l’hydrofoil 51 . Les ailes arrière 55 et 56 se rejoignent sur un support d’emplanture 58 d’ailes arrière. Les ailes gauche 53 et 55 se rejoignent sur une jonction d’ailes gauche 59 située au-dessus du corps de l’hydrofoil 51 . Les ailes droite 54 et 56 se rejoignent sur une jonction d’ailes droite 60. Les ailes avant 53 et 54 présentent des surfaces de contrôle 63 à 66, ailerons ou volets. Les ailes arrière 55 et 56 présentent des surfaces de contrôle 73 à 76, ailerons ou volets. Les ailes avant 53 et 54 possèdent un profil porteur lorsque les surface de contrôle 63 à 66 sont en position neutre, c’est-à-dire que leur mouvement dans l’eau vers l’avant génère une portance tendant à rapprocher l’hydrofoil de la surface de l’eau et à soulever le mas reliant l’hydrofoil à l’embarcation. La jonction des extrémités des ailes gauche 59 est articulée, ce qui autorise un mouvement angulaire relatif de l’aile avant gauche 53 par rapport à l’aile arrière gauche 55. De la même manière, la jonction des extrémités des ailes droite 60 est articulée, ce qui autorise un mouvement angulaire relatif de l’aile avant droite 54 par rapport à l’aile arrière droite 56.

Au moins un des supports d’emplanture d’ailes 57 et 58 est mobile le long du corps de l’hydrofoil 51 , ce qui permet une déformation de la voilure 52 rhomboédrique, une variation de la flèche de chaque aile et donc de l’envergure de la voilure 52. Grâce à ces variations, la voilure 52 peut être adaptée à différents domaines de vitesse. On observe, en figure 8, l’hydrofoil 50, dans une configuration de voilure à angle de flèche réduit et envergure étendue. On observe, en figure 9, l’hydrofoil 50 dans une configuration de voilure à ailes superposées, grand angle de flèche et envergure réduite.

Comme on l’observe en figures 7 à 9, notamment la figure 8, dans le mode de réalisation qui y est représenté, la longueur 81 des ailes arrières 55 et 56 est strictement inférieure à la longueur 88 des ailes avant 53 et 54. L’angle 82 formé entre l’axe longitudinal principal 84 du corps de l’hydrofoil 51 et l’axe principal 83 des ailes arrières est, en conséquence, dans toutes configurations de vol, plus obtus que l'angle 86 formé entre l’axe longitudinal principal du corps de l’hydrofoil et l’axe principal 85 des ailes avant. On note que la longueur des ailes est la plus grande dimension des ailes mesurée parallèlement à leur axe principal.

Ainsi, les ailes avant 53 et 54 sont toujours en configuration de flèche et les ailes arrière 55 et 56 peuvent prendre une configuration en flèche inversée (figure 7), droite (intermédiaire entre les configurations représentées en figures 8 et 9), c’est-à-dire perpendiculaire au corps de l’hydrofoil, ou en flèche non inversée (figure 9), ainsi que dans toutes les configurations intermédiaires. Dans d’autres modes de réalisation, la longueur des ailes arrière est égale ou supérieure à la longueur des ailes avant.

Dans le mode de réalisation illustré en figures 7 à 9, au moins un des supports d’emplanture d’ailes 57 et 58 (les deux supports d’emplanture d’aile, dans les figures 7 à 9) est configuré pour se rapprocher de l’autre support d’emplanture d’ailes pour que les ailes avant 53 et 54 forment les hypoténuses de triangles rectangles formés par les ailes avant, les ailes arrière 55 et 56 et le corps de l’hydrofoil 51 . L’axe principal 83 de chacune des ailes arrière est, dans ces triangles rectangles, perpendiculaire à l’axe principal longitudinal 84 du corps de l’hydrofoil.

Comme on l’observe en figure 9, au moins un des supports d’emplanture d’ailes 57 et 58 (les deux supports d’emplanture d’aile, dans les figures 7 à 9) est configuré pour se rapprocher de l’autre support d’emplanture d’ailes pour que les ailes avant 53 et 54 et les ailes arrière 55 et 56 soient en flèches, non inversées. Ainsi, la flèche des ailes avant 53 et 54 peut être élevée et l’envergure 89 réduite, notamment pour les configurations d’utilisation à plus haute vitesse.

Comme on l’observe en figures 8 et 9, au moins un des supports d’emplanture d’ailes 57 et 58 (les deux supports d’emplanture d’aile, dans les figures 7 à 9) est configuré pour s’éloigner de l’autre support d’emplanture d’ailes pour que l’envergure 89 (illustrée en figure 9) de l’hydrofoil 50 soit inférieur à la somme de quatre fois la largeur maximale 87 (illustrée en figure 8) des ailes avant 53 et 54 et des ailes arrière 55 et 56, d’une part, et de la largeur 90 du corps de l’hydrofoil 51 , d’autre part. On note que la largeur 87 des ailes est la plus grande dimension des ailes mesurée perpendiculairement à leur axe principal 83 ou 85. Dans le mode de réalisation représenté en figures 7 à 9, la largeur maximale 87 des ailes avant et arrière se trouve sur les ailes avant 53 et 54. Comme illustré en figure 10, les supports d’emplanture d’ailes sont préférentiellement positionnés respectivement, en dessous et au-dessus du corps de l'hydrofoil 51 , cette configuration étant optimale pour plusieurs aspects.

Préférentiellement, comme illustré dans les figures 7 à 13, chacun des supports d’emplanture d’ailes 57 et 58 est mobile le long du corps de l’hydrofoil. A cet effet, chaque support d’emplanture d’aile, respectivement 57 et 58, est mis en déplacement sur un rail, respectivement 67 et 68, par un moteur électrique, respectivement 69 et 71 , muni d’une vis sans fin, respectivement 70 et 72. Un boîtier électronique de contrôle 77 (voir figure 9) comporte une unité centrale qui actionne les moteurs 69 et 71 de façon coordonnée. Le boîtier électronique de contrôle 77 assure aussi des fonctions de commandes des surfaces de contrôle 63 à 66 et 73 à 76. De plus, le boîtier électronique de contrôle 77 constitue un moyen d’adaptation de la position de chaque emplanture d’ailes aux vitesses de déplacement, par exemple à la charge embarquée, à la vitesse, à l’altitude, à l’autonomie visée, à la manœuvrabilité visée. Le moyen d’adaptation 77 modifie la configuration géométrique de la voilure en déplaçant au moins une emplanture d’aile.

Dans des variantes, l’hydrofoil 50 comporte des moyens de morphisme de la voilure, pour modifier l’inclinaison des axes de rotation des ailes et provoquer une variation d’incidence, le moyen d’adaptation commandant les moyens de morphisme. Préférentiellement, dans ces variantes, le boîtier électronique modifie l’incidence de la voilure au cours du déplacement de l’embarcation, en fonction de la charge embarquée, de la vitesse, de l’altitude, de l’autonomie visée, de la manœuvrabilité visée.

Comme illustré en partie droite de la figure 8 et en figure 13, à chaque jonction 59 et 60 des extrémités d’ailes avant et arrière est positionné une surface verticale de fermeture des extrémités d’ailes 78. Une tringle 79 interne à l’une des ailes, une aile avant dans les figures 7 à 13, maintient le plan principal de la surface verticale de fermeture des extrémités d’ailes 78 parallèle à l’axe principal du corps de l’hydrofoil 51 .

Comme illustré en figure 13, les jonctions 59 et 60 des extrémités des ailes avant et arrière comportent des pivots. Pour donner un troisième degré de liberté, sur quelques degrés d’angle, cette liaison pivot présente de la souplesse ou une liaison rotule.

Comme illustré en figures 1 1 et 12, au moins un (et préférentiellement les deux) support d’emplanture d’ailes 57 et 58 comporte des pivots et une embase 80 déplacée le long du corps de l’hydrofoil 51 par le moteur, respectivement 69 et 71 .

On décrit ci-dessous, en regard de la figure 9, un mode de fonctionnement de l’hydrofoil 50. Les ailes avant et arrière sont articulées à l’emplanture à leur point d’encastrement avec le corps de l’hydrofoil et les ailes avant et arrière droite ainsi que les ailes avant et arrière gauche sont articulées entre elles à leurs extrémités (bord marginaux).

Ce point d’articulation d’emplanture et/ou d’extrémité peut se situer ou non dans le loft hydrodynamique de l’aile. Le loft hydrodynamique est la surface 3D de l’hydrofoil qui sert aux études, modélisations et simulations. Ce modèle 3D peut aussi servir à la confection de la maquette pour essais en soufflerie. C’est la version hydrodynamique “parfaite” de l’hydrofoil qui sera ensuite adaptée aux contraintes de la réalisation, d’utilisation, de maintenance, règlementaire, etc... Il est donc impératif de respecter au mieux cette forme/surface pour avoir un appareil aussi dont les performances sont aussi proches que possible du design “théorique” initial. Les articulations d’emplanture avec le corps de l’hydrofoil peuvent se déplacer d’avant en arrière et de façons indépendantes afin d’obtenir la géométrie désirée tout en respectant les contraintes sur la position du centre de gravité requises par le plan de forme transitionnel et/ou désiré.

Ces articulations d’emplanture, tout en se déplaçant de façon longitudinale peuvent aussi se déplacer vers le haut et/ou vers le bas afin de, par exemple, obtenir l’angle d’incidence adapté en fonction de la flèche de l’aile. On change l’incidence des ailes en fonction de la configuration de la voilure pour que les profils des ailes (section parallèle à l’écoulement) soient toujours dans des valeurs adaptées à cette configuration. Les variations d’angle d’incidence sont, en général, de faible (voir très faible) amplitude. C’est par l’inclinaison des axes de rotation des ailes que cette variation d’incidence s’effectue. On tient aussi compte de l’influence de cette inclinaison sur le dièdre (positif ou négatif). Sur le modèle illustré dans les figures 7 à 13, les variations d’incidence sont de l’ordre de 0,5 degré d’angle sur une plage de variations d’incidence s’étendant jusqu’à cinq degrés d’angle.

L’inclinaison des axes de rotation des ailes à leur encastrement à l’emplanture peut introduire ou supprimer des variations angulaires en incidence. Si cet axe est perpendiculaire au plan de l’aile, le dièdre va naturellement engendrer une variation angulaire de la corde de l’aile par rapport au référentiel de l’écoulement de l’air (la corde d’une aile étant la section correspondante à la coupe de l’aile par un plan vertical perpendiculaire au plan de l’aile et parallèle à l’écoulement/axe longitudinal “X” de l’hydrofoil). Il faut s’assurer, dans le cas d’un changement d'incidence introduit par les inclinaisons des axes de rotation, que les variations sont en phase entre les ailes avant et arrière pour minimiser les contraintes éventuelles aux extrémités pouvant être introduites par la géométrie et le choix des degrés de liberté au niveau du mécanisme liant les extrémités des ailes avant et arrière entre elles.

Dans des modes de réalisation, l’hydrofoil 50 comporte des moyens de morphisme de la voilure, pour modifier l’inclinaison des axes de rotation des ailes et provoquer une variation d’incidence. Dans ces modes de réalisation, on impose aux emplantures des ailes, par l’intermédiaire de leur articulation/encastrement, un moment de torsion et ainsi produire un phénomène de morphisme par l’emploi, par exemple, de matériaux composites et/ou une structure interne adaptée de l’aile. Le morphisme vise à avoir une structure avec la peau qui se déforme pour remplacer ou compléter les commandes (ailerons, flaps, etc.) et ainsi de minimiser les traînées (de profil et induites). Sur une aile cantilever, on prévoit une structure réformable interne qui produit la déformation au niveau de la peau (du loft) nécessaire pour obtenir la modification de performance (trainé, portance) désirée/nécessaire. Une autre solution consiste à déformer les peaux à l’aide de courants électromagnétiques.

Dans le cas de la voilure rhomboédrique, du fait de la structure “rigide” de par les contreventements sur les trois axes il est possible d’introduire assez facilement (tel que pour le changement d’incidence) des contraintes dans les extrémités des ailes. Dans des modes de réalisation, on prévoit une aile dont la structure se “vrille” pour en augmenter (ou diminuer) l’incidence à l’emplanture et/ou à l’extrémité. Ceci permet de modifier la portance de cette aile et ainsi de remplacer les volets. Ces variantes, sont, par exemple, utilisées pour faire les modifications des caractéristiques de l’aile en fonction de la vitesse de déplacement de l’embarcation 40.

Comme détaillé plus haut, l’inclinaison des axes de rotations autour des points d’encastrement des ailes aux emplantures/extrémités ainsi que le contrôle et l’agencement des degrés de libertés aux encastrements peuvent introduire des contraintes soit dans le sens longitudinal (envergure) soit dans le sens transversal (corde) et ainsi introduire des contraintes en torsion qui, par exemple en jouant sur les angles des axes de rotation et avec une structure adaptée, permettent un vrillage constant ou évolutif sur l’envergure de la voilure. Il peut même être introduit un “flambage" de la voilure sur son envergure, si jugé nécessaire.

Il est aussi possible d’imposer aux extrémités des ailes par l’intermédiaire de leur articulation un moment de torsion et ainsi introduire un phénomène de morphisme par l’emploi (par exemple) de matériaux composites et/ou une structure interne adaptée de l’aile. Des carénages rigides, semi- rigides et/ou souples peuvent enclore les différentes articulations pour assurer une bonne étanchéité hydrodynamique et/ou un écoulement hydrodynamique propre. Dans des modes de réalisation, le corps 51 de l’hydrofoil 50 comporte un lest. Dans des modes de réalisation, le corps 51 de l’hydrofoil 50 comporte un ballast fonctionnant comme exposé en regard du premier mode de réalisation illustré en figures 5 et 6.

On observe, en figure 14, des étapes de fonctionnement de l’hydrofoil illustré en figures 7 à 13. Au cours d’une étape 91 , on détermine l’altitude de vol de l’embarcation 40 souhaitée, selon les commandes de vol du navigateur ou fournies par un logiciel d’optimisation de vol. Au cours d’une étape 92, on détermine les conditions du domaine de vol correspondant, en tenant compte de conditions de vol (vitesse, vent, masse embarquée, autonomie restante ...). Au cours d’une étape 93, on détermine la configuration (angles du dièdre et angle d’incidence) de la voilure pour ce domaine de vol et/ou cette vitesse souhaitée (selon des objectifs de stabilité, de consommation réduite, de manoeuvrabilité, ...). Par exemple, partant des connaissances pour certaines configurations géométriques de la voilure, dont les configurations extrêmes (figures 7 et 9), on interpole ces connaissances pour toutes les autres configurations.

Au cours d’une étape 94, on calcule les déplacements des deux emplantures d’ailes pour amener le centre de poussée au lieu souhaité et les déplacements des moyens de morphisme assurant une variation d’angle d’incidence. Au cours d’une étape 95, on commande, de manière coordonnée et simultanée, les moteurs pas-à-pas et les servomoteurs pour que la configuration géométrique de la voilure soit réalisée.

Dans son deuxième mode de réalisation illustré en figures 15 à 18, l’embarcation 100 prend la forme d’une planche de surf qui comporte un flotteur 101 et un mât inférieur 105 supportant un hydrofoil 20. Bien entendu, l’hydrofoil 20 du deuxième mode de réalisation de l'embarcation présente des dimensions plus petites que celui du premier mode de réalisation de l’invention. Les ailes arrières de l’hydrofoil 20 configuré pour une planche de surf ou une planche à voile possèdent un profil déporteur.