Brevet FR2005751A1 — publié le 19691219

69t0410 i. 2005751 La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif pour diminuer les forces d'actionnement d'une hélice de navire à pas variable, ainsi qu'à une hélice à pas variable du type comportant des moyens pour diminuer ces forces d'actionnement. 5 On sait que d'une façon générale ces forces d'actionnement sont relativement élevées, de sorte que les tiges, les biellettes, les axes ou autres organes d'actionnement ou de commande du pas de l'hélice doivent être résistants et par conséquent lourds et qu'une puissance élevée est nécessaire pour régler le pas des pales. 10 Les forces d'actionnement sont fonction de la valeur du moment ou couple de la pale autour de son axe d'articulation de pas qui se décompose en trois parties: un couple hydrodynamique, un couple de frottement et un couple d'inertie qui est dû aux forces centrifuges. 15 Le couple hydro-dynamique est à peu près égal à la moitié du couple total de la pale autour de son axe d'articulation, de sorte qu'une diminution du couple hydrodynamique est très importante pour diminuer les forces d'actionnement nécessaires. Le couple hydrodynamique autour de l'axe d'articulation peut 20 être diminué par exemple en choisissant une inclinaison appropriée (ou profil de pale et emplacement de l'axe d'articulation). Il est cependant impossible de choisir l'inclinaison de telle sorte que l'on obtienne un faible couple hydrodynamique dans toute l'étendue de la plage de fonctionnement. 25 L'idée principale de l'invention est de réduire le couple hy drodynamique et de diminuer ainsi les forces d'actionnement nécessaires par des moyens hydrodynamiques tels qu'une injection de gaz, si nécessaire sous pression, ou éventuellement d'un liquide à travers des trous prévus dans les pales de l'hélice, le gaz ou 30 le liquide étant amené à ces trous par l'intermédiaire de tubes prévus dans l'arbre de l'hélice et dans le mécanisme d'actionnement . L'injection d'air à travers ou le long des pales d'une hélice, au moyen de laquelle l'air est expulsé dans l'eau environnante par 35 l'intermédiaire d'un certain nombre de trous est connue en soi et est appelée ventilation de l'hélice. La ventilation est utilisée pour les hélices à vitesse élevée et à pales fixes afin d'éviter la formation de zones de cavitation partielle, qui provoquerait une usure par cavitation, ou encore afin de diminuer les bruits, 40 par exemple dans les sous-marins. 6910410 2. 2005751 Sans une telle .ventilation ou l'utilisation d'autres moyens hydrodynamiques, on rencontre généralement les couples d'axe les plus élevés pour les calages de pas très faibles. La répartition correspondante de la pression suivant la corde du profil tend à 5 amener avec force la pale vers sa position arrière, en raison d'une pression inférieure s'exerçant sur la face de la pale à son bord d'attaque et d'une pression inférieure s'exerçant sur le dos de la pale à son bord de fuite. Cependant, en utilisant la ventilation ou autre moyen hydro-10 dynamique avec,une hélice à pas variable selon l'invention, on peut obtenir une répartition plus favorable de la pression sur la surface de la pale par rapport au couple de la pale autour de son axe d'articulation. Avec la ventilation ou autre moyen hydrodynamique, la pression 15 d'aspiration est plus également répartie, sur la totalité de la surface de la pale. Bien entendu, la ventilation ou autre moyen hydrodynamique-nécessite une certaine énergie et entraîne des frais, mais on pense que ces complications sont plus que compensées par la diminution 20 des forces mécaniques mises en jeu pour l'actiormement des pales. En principe, la ventilation ou autre moyen hydrodynamique ne doit être appliquée qu'au cours du réglage du pas. Cependant, pour certaines raisons, la ventilation peut également être utilisée de façon continue. 25 D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en se référant au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple et dans lequel: la Pig. 1 est une vue en coupe transversale d'une pale d'hélice prise à une certaine distance radiale de l'axe de rotation de 30 l'hélice, avec un réglage ou calage de pas faible; La Pig. 2 est un diagramme montrant la répartition de la pression sur cette section transversale de la pale, à une autre échelle La pale d'hélice désignée par la référence 1 est l'une des pa--les d'une hélice de navire à pas variable. Au cours de la commande 35 du pas, la pale tourne autour d'un axe de rotation 2. De telles hélices sont bien connues. Lorsqu'on diminue le pas de la pale 1 à partir de sa position normale prévue de telle sorte que l'angle d'attaque effectif tend à devenir négatif, on obtient une répartition de la prepaion dont 40 on peut penser qu'elle est constituée par trois éléments: 6910410 3. 2005751 - une répartition principale de pression associée à la cambrure de la section, qui constitue la répartition de pression normale prévue; . • • . - une répartition de pression de profil non cambré ("plaque '5 plaiie") sous un angle d'attaque négatif; -"-'c une répartition de pression associée à la distorsion de la ' * ligne moyenne due au changement de pas. • La répartition de la totalité de la pression est indiquée par A à la Pig. 2. 10 :La répartition de pression pour une "plaque plane" et la ré- partition de pression de distorsion ont un effet croissant sur le couple ou moment de la pale autour de l'axe d'articulation. En conséquence, le couple hydrodynamique de la pale augmente en même temps que l'angle d'attaque devient plus négatif et que le pas 15- est davantage repoussé vers l'arrière. En pratique oependant les forces d'actionnement les plus importantes ne sont pas rencontrées dans la position arrière, mais . au' voisinage du point de poussée nul. Ceci est provoqué par l'ef-fet de cavitation qui affecte de façon considérable la réparti-2Q—ti'on de la pression pour des réglages de pas négatifs. En particulier, la répartition de pression de "plaque plane" est supprimée par l'indice de cavitation. : Etant donné que dans les conditions de cavitation partielle, on sait que la force propulsive est affectée dans une mesure impor-25 tante, la zone de pression supprimée au bord d'attaque est corapen-sée par une surface additionnelle approximativement égale, à l'ar-rière de la corde du profil. Plus la zone de cavitation est grande, : : plus la répartition de pression est favorable par rapport au couple de la pale. 30; Comme le montre la courbe A, la pression négative au bord d'at taque- de la pale est très élevée. La Pig. 2 montre une condition 1 g de*, fonctionnement de l'hélice, savoir avec un réglage de pas légè-3'ï:-.vj?ement négatif. sn;_-51 "Cette pression négative très élevée au bord d'attaque est di-35a-m-inuée suivant l'invention en envoyant de l'air de ventilation à ••••.. etra^ers la face de la pale, c'est-à-dire sur le côté à la pression nominale, qui agit alors comme côté d'aspiration. q /sa De préférence, les orifices d'admission d'air sont situés sur .io'osîfèefaee de la pale à 5 ^ à partir de son bord d'attaque (Pig. 1). AQ:n-3S"r : Comme on le voit à la Pig. 1, une chambre 3 est prévue dans --v BAD ORlGtt***- 6910410 4. 20Ô5751 l'une des faces de la pale, et est recouverte par une plaque 4 comportant un certain nombre de trous 5. Cette plaque 4 peut être fixée sur lasface de la pale 1 par collage, soudage ou de toute autre façon appropriée. 5 L'air est amené aux orifices d'admission d'air par l'intermé diaire de conduits , qui traversent l'arbre de l'hélice, le mécanisme d'actionnement, l'arbre de la pale et la pale elle-même. La répartition de pression avec la ventilation d'air sur l'un des côtés est indiquée en B à la Fig. 2. il est évident que la 10 pression est pl'us également répartie sur la longueur de la corde de la pale, et le couple résultant autour de l'axe 2 de tourillon-nement ou d'articulation de la pale est considérablement réduit, de telle sorte que le couple dû aux forces hydrodynamiques est plus faible que sans la ventilation. Du fait que le couple hydro-15 dynamique est à peu près égal à la moitié du couple total de la pale, la ventilation par l'intermédiaire de trous prévus sur la face de la pale peut diminuer les forces d'actionnement nécessaires de 50 fo ou plus. L'emplacement optimal des orifices d'admission d'air peut être 20 déterminé par le calcul et/ou par des essais. Les orifices d'admission d'air sont normalement agencés sur la face de la pale, et ainsi sur le côté de pression nominale. Si l'on utilise une inclinaison importante, par exemple en tenant compte des vibrations, la condition de fonctionnement en marche 25 avant est déterminante pour le couple maximal de la pale autour de l'axe d'articulation. Dans ce cas particulier, les orifices d'admission d'air doivent être agencés à l'arrière de la pale, en se trouvant ainsi sur le côté réel d'aspiration. L'hélice doit alors être ventilée lorsque le pas doit être augmenté, tandis que l'hé-30 lice fonctionne aux réglages de pas positifs et ainsi, dans la condition de marche avant. Normalement, cependant, les orifices d'admission d'air sont disposés sur la face de la pale. Il est également possible d'appliquer la ventilation sur les deux faces de la pale (courbe C) produisant ainsi une nouvelle 35 diminution du couple de la pale. Au lieu d'air, on peut également injecter de l'eau sous pression ou autre liquide sous pression. Il n'est pas nécessaire de décrire de façon plus détaillée les moyens utilisés pour l'injec-tion/ou autre liquide. L'invention est basée sur le fait que, 40 grâce à la ventilation ou autre moyen hydrodynamique, les forces 6910410 5" 2005751 d'actionnement nécessaires pour une hélice à pas variable peuvent être réduites, de telle sorte que la ventilation ou autre moyen hydrodynamique ne sont nécessaires que pendant l'opération de. réglage du pas. Bien entendu, lorsque l'hélice comporte des moyens 5 pour alimenter les pales en air ou en liquide, ces moyens peuvent également être utilisés après le réglage du pas afin d'éviter toute usure due à la cavitation et/ou afin de réduire le bruit. baooW®»"1- 6910410 6. 2005751 REVENDICATIONS 1 - Prooédé pour diminuer les forces d'actionnement nécessaires pour régler les pales d'une hélice de navire à pas variable, caractérisé en ce qu'on injecte un gaz ou un liquide, sous pression si cela est nécessaire, à travers ou le long d'au moins 5 l'une des faces de chaque pale, au moins au cours de l'opération du réglage du pas. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz ou le liquide est injecté à partir de la face de la pale. 3 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 10 le gaz ou le liquide est injecté à partir de la face arrière ou du dos de la pale. 4 - Procédé suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3* caractérisé en ce que le gaz ou le liquide est injecté à partir des deux faces de la pale. 15 5 - Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, 3 °u caractérisé en ce que le gaz ou le liquide est injecté le long du bord d'attaque de la pale à une distance d'au plus 15 fa à partir du bord d'attaque. 6 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications préeé-20 dentes, caractérisé en ce que le gaz ou le liquide est injecté par l'intermédiaire d'un certain nombre de trous. 7 - Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz ou le liquide est injecté à partir d'une chambre creusée dans la pale et recouverte par une plaque percée d'un certain nom- 25 bre de trous. 8 - Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la face supérieure de la chambre est de niveau avec la surface de la pale. 9 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications précé-;30 dentes, caractérisé en ce qu'on injecte de l'air. 10- Hélice de navire à pas variable, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour alimenter en gaz ou en liquide au -moins l'une des faces de chacune de ses pales et des moyens pour injecter un gaz ou un liquide à partir de ce côté de la pale dans 35 l'eau environnante. 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