Brevet FR2090377A1 — publié le 19720114

L'invention est relative à un élément aérodynamique ou hydrodynamique, tel qu'une aile ou une pale , qui est profilé en vue d'être soumis, dans un courant de fluide, à une force présentant une composante transversale considérable par rapport à 5 la direction de l'écoulement et qui, à cet effet, comporte, sur au moins une partie de sa longueur, un profil extérieur formé par une courroie sans fin de matériau souple, susceptible de se déplacer suivant la direction périphérique du profil, des moyens étant alors prévus pour imprimer un mouvement de rotation à la 10 courroie. On connaît, dans la technique, divers modes de réalisation de tels éléments dont les surfaces profilées tournantes tendent à améliorer l'effet du courant sur l'élément. Dans ces modes de réalisation connus, la courroie passe sur des rouleaux 15 dont un au moins est entraîné et dont le nombre est d'autant plus grand que l'on désire se rapprocher davantage du profil idéal. On connaît des modes de réalisation de tels éléments qui présentent chacun plusieurs courroies, à plusieurs rouleaux de guidage, dont chacune forme une partie du profil. 20 L'inconvénient de ces éléments connus réside dans le fait qu'ils sont réduits à des formes simples de profils incapables de fournir les résultats désirés, ou alors qu'ils sont de construction compliquée, vulnérable et lourde et, par conséquent,ne sont pas adaptés à l'application attendue. Il en résulte que les 25 modes de réalisation connus n'ont jamais dépassé le stade expérimental et que les possibilités qu'ils offrent en principe n'ont pu être appliqués pour perfectionner des avions, des machines à effet de sol, des moteurs à écoulement ou des dispositifs analogues . 30 L'invention a donc pour but de fournir un élément aérody namique ou hydrodynamique du genre décrit ci-dessus qui, par suite de la simplicité de sa construction soit léger, présente une grande sûreté de fonctionnement et offre néanmoins une grande latitude dans le choix des profils. 35 Pour cela, l'élément conforme à l'invention est caracté- . risé en ce que, pour guider la courroie dans son mouvement de rotation, l'élément est muni d'une surface fixe, incurvée selon le profil que doit suivre la courroie, et de moyens pour maintenir une pellicule lubrifiante entre cette surface et la courroie. 40 Du fait que la courroie passe sur une surface plane 71 19495 2 2090377 incurvée, au lieu de passer sur un certain nombre de rouleaux tournants, il en résulte des difficultés de construction graves et restrictives dans le choix d'un profil. La courroie se présente d'une manière analogue à une peau qui glisse sur l'élément 5 et peut toujours être combinée avec le profil le plus favorable à l'application envisagée de l'élément. Il en résulte que dans un grand nombre d'exemples différents, les avantages d'une telle peau glissante peuvent être totalement mis à profit pour améliorer le rendement ou les possibilités'de commande de l'action de 10 l'élément. Quant au lubrifiant présent sous forme de pellicule entre la courroie et sa surface de guidage, on utilisera dans la plupart des'applications le fluide qui constitue le courant coopérant avec l'élément, du fait que tout mélange du lubrifiant avec 15 ce courant de fluide ou vice-versa ne présente dans ce cas aucun inconvénient. Il peut cependant se présenter des cas où l'utilisation d'un lubrifiant différent est préférable ou indispensable. Afin de maintenir la pellicule de lubrifiant, la surface de guidage, selon une autre caractéristique de l'invention, est 20 munie d'ouvertures qui sont raccordées à des moyens destinés à amener le lubrifiant sous une certaine surpression. Ces ouvertures pourraient être uniformément réparties suivant les directions longitudinale et périphérique de la partie profilée de l'élément, mais l'expérience a montré que dans 25 la plupart des cas cette distribution n'est pas satisfaisante, par suite de la grande différence entre les rayons de courbure aux divers points de la plupart de ces profils. En ce qui concerne les contraintes de tension dont la courroie est le siège au cours de sa rotation sous l'action de la pression du lubrifiant, 30 elles sont à peu près égales sur toute la périphérie, par suite de l'absence de forces extérieures tangentielles considérables, de sorte que la pression que la courroie exerce sur la pellicule lubrifiante dépend du rayon de courbure en chaque point. Les différences locales d'épaisseur de la pellicule lubrifiante, qui 35 résulteraient de cette amenée de lubrifiant uniformément répartie, sont, pour les différences usuelles de rayons de courbure, d'une grandeur inadmissible pour un guidage correct de la courroie. Pour obvier à cette difficulté, l'élément conforme à 1'in-40 vention est caractérisé, en outre, en ce que les ouvertures 71 19495 2090377 d'amenée de lubrifiant sont ménagées dans les parties de la surface de guidage dont les rayons de courbure sont inférieurs à ceux des parties avoisinantes. De cette façon, les différences de pression nécessaires de la pellicule lubrifiante peuvent être 5 obtenues sans que cette pellicule présente des différences d'épaisseur d'amplitudes inadmissibles. Dans les parties à grands rayons de courbure, la surface de guidage peut aussi être équipée d'ouvertures d'amenée de lubrifiant, à condition que le lubrifiant soit amené à ces ouver-10 tures sous une pression inférieure à celle où il est amené aux ouvertures situées dans des régions de plus faibles rayons de courbure. Ce mode de construction convient particulièrement bien dans le cas des éléments dont la longueur du profil, et par conséquent la largeur des courroies tournantes, n'est pas trop grande 15 par rapport au périmètre du profil, du fait que dans ce cas le lubrifiant peut s'échapper latéralement hors de l'interstice formé entre la surface de guidage et la courroie. Pour des courroies dont la largeur est grande par rapport au périmètre des profils, les parties des surfaces de guidage à 20 grands rayons de courbure sont de préférence munies d'ouvertures qui sont reliées à une canalisation de sortie de lubrifiant. Dans cette canalisation de sortie il peut être prévu des résistances ou d'autres moyens destinés à maintenir une certaine pression aux emplacements des ouvertures de sortie prévues sur la 25 surface de guidage. L'entraînement du mouvement de rotation de la courroie peut être assuré, d'une manière connue dans la technique, à l'aide d'un rouleau tournant, auquel cas la surface cle guidage doit être interrompue localement. 30 Ces dispositions toutefois constituent une complication non souhaitable et, en vue de l'éviter, un mode de réalisation préférentiel de l'élément conforme à l'invention est caractérisé, en outre, en ce que la surface de guidage est munie de rainures peu profondes qui partent des ouvertures d'amenée du lu-35 brifiant et font avec la direction de la rotation de la courroie _ un angle inférieur à 90°. L'écoulement de la pellicule lubrifiante des ouvertures d'amenée jusqu'aux emplacements à pression de lubrifiant inférieur re rencontre une résistance plus faible suivant la direction de 40 ces rainures que dans la direction opposée où il n'y a pas de 71 19495 4 2090377 rainures, de sorte que l'écoulement de lubrifiant dans la direction des rainures est prépondérant et que les forces de frottement exercées par le courant de lubrifiant sur la courroie travaillent le plus souvent aussi suivant la direction des rainures. 5 Ceci explique pourquoi, grâce aux rainures, la courroie peut être entraînée par l'amenée du lubrifiant, de sorte qu'on peut se passer d'un rouleau tournant d'entraînement habituellement utilisé. Dans le cas de profils allongés occupant une position dé-10 terminée dans le courant de fluide, il se produit un écoulement tourbillonnaire du fluide autour de l'élément. Cet écoulement tourbillonnaire peut supporter l'entraînement de la courroie et dans certains cas exceptionnels même peut l'absorber entièrement. Des éléments dans lesquels le lubrifiant est entièrement 15 ou en grande partie refoulé latéralement sont de préférence munis de rainures qui divergent suivant la direction de rotation^de la courroie. Dans des éléments à courroie très large, comportant des ouvertures de sortie de lubrifiant prévues sur les surfaces de guidage, les rainures sont disposées parallèlement,dans le 20 sens contraire du sens de rotation des courroies. Des rainures divergentes présentent un autre avantage du fait qu'elles stabilisent transversalement la position des courroies, à condition que les rainures n'aillent pas jusqu'aux bords des courroies ou au delà. 25 Lorsque la courroie se déplace, l'écoulement de la pelli cule lubrifiante subit une composante de force transversale opposée, qui exerce une force transversale de stabilisation sur la courroie. L'invention est expliquée plus en détail ci-après à 1'ai-30 de de quelques modes de réalisation , nullement limitatifs, en se référant aux dessins annexés dans lesquels : -La figure 1 est une vue en perspective d'une partie d'un élément conforme à l'invention, -la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un élé-35 ment conforme à l'invention; —la figure 3 montre les positions respectives des ouvertures et des rainures ménagées dans la surface de guidage de l'élément de la figure 2 ; -la figure 4 représente la surface de guidage d'un autre 40 mode de réalisation d'un élément conforme à l'invention, et 71 19495 5 2090377 -la figure 5 représente la surface de guidage d'un autre mode de réalisation encore d'un élément conforme à l'invention et L'élément représenté partiellement sur la figure 1 et qui, par exemple, peut être une aile d'avion ou une pale de rotor d'héli-5 coptère, est constitué par un noyau fixe 1 dont la surface 2 présente le même profil ovale sur toute sa longueur, et par une gaîne ou courroie sans fin 3, enfilée sur le noyau 1. La gaîne ou courroie 3 qui est réalisée en un matériau souple, pliable, recouvre toute la longueur du noyau 1; suivant la direction pé-10 riphérique,la courroie 3 s'adapte sur le noyau 1 avec un léger jeu. Sur le dessin une partie de la courroie 3 a été enlevée pour montrer plus clairement la surface 2. Lorsque le noyau 1, avec la courroie 3, est placé dans un courant d'air 4, il est soumis à une force de la part de 15 celui-ci, laquelle force peut présenter, outre une composante suivant la direction de l'écoulement, une composante perpendiculaire à cet écoulement et à la direction longitudinale du noyau 1. Cette composante perpendiculaire dépend de la forme de la surface 2 du profil et de la position que celui-ci occupe par rapport à 20 la direction de l'écoulement . Dans l'exemple représenté sur la figure, la direction de l'écoulement est parallèle au.plus long diamètre du profil et ce profil est symétrique par rapport à ce plus long diamètre.. Dans cet exemple aucune force ne s'exerce perpendiculai-25 rement à la direction de l'écoulement. Mais lorsque la courroie 3 est mise en rotation rapide autour du noyau 1, de la manière indiquée par la flèche 5, il se produit le phénomène connu sous le nom d'effet Magnus, qui se manipule par le fait que le courant d'air 4 exerce une force 30 verticale sur la courroie 3. Cette force qui est transmise par la courroie 3 à la surface du profil 2 et au noyau 1 est dirigée vers le haut, dans l'agencement représenté sur la figure', lorsque la courroie tourne dans le sens delà flèche 5. Dans sa rotation autour de la surface du profil 2, la 35 courroie 3 est guidée et supportée par une pellicule lubrifiante disposée entre la surface 2 du profil et la courroie 3. Dans l'exemple décrit, qui correspond à un écoulement d'air, on utilise l'air comme lubrifiant, de sorte que les pertes par fuites inévitables de lubrifiant le long des bords de la courroie 3 40 n'ont aucun effet indésirable et n'entraînent pas la mise en 71 19495 6 2090377 oeuvre de dispositions particulières. La coupe transversale plus détaillée de la figure 2 et la vue de la surface du profil 2 de la figure 3 montrent par quel moyen la pellicule lubrifiante et le mouvement de rotation 5 de la courroie 3 sont obtenus et maintenus. Le noyau 1 est d'une structure creuse à paroi mince, entourant un espace intérieur 6. Dans ce noyau sont prévus des conduits 7 et 8 aux emplacements de plus forte.courbure de la surface du profil 2. Grâce à la rangée d'ouvertures 9 le conduit 10 7 est mis en communication avec l'interstice 11 situé entre la surface 2 et la courroie 3 et, de la même manière, le conduit 8 est mis en communication avec cet interstice par la rangée d'ouvertures 10.- L'espace 6, à sa partie supérieure, est mis en communication avec l'interstice 11 à l'emplacement de plus faible courbure 15 de la surface du profil 2, à travers des ouvertures 12 et, à sa partie inférieure, à travers des ouvertures 13. Les conduits 7 et 8 sont reliés à un compresseur d'air monté en un emplacement extérieur approprié et non représenté sur les dessins. L'espace 6 est en communication avec l'atmosphère ambiante. 20 L'air qui est amené à l'intérieur de l'interstice 11 à travers les conduits 7 et 8 et les ouvertures 9 et 10, s'écoule de chaque côté à l'intérieur de cet interstice 11 en direction des ouvertures de sortie 12 et 13 et en même temps exerce une pression sur la courroie 3 qui par conséquent est tendue. 25 II résulte de cette tension de la courroie 3 que celle-ci, à son tour, exerce une pression sur l'air contenu à l'intérieur de l'interstice 11. Du fait que cette pression dépend fortement de la courbure, elle présente, d'un emplacement à l'autre, de fortes différences; elle est maximale là où la courbure est maxi-30 maie, c'est-à-dire à l'emplacement des ouvertures 9 et 10 par où l'air est introduit dans l'interstice 11. De la manière connue dans la technique des paliers fluides aérostatiques et hydrostatiques et des supports analogues, un équilibre s'établit entre, d'une part, la contrainte dans la 35 courroie 3, le rayon de courbure à l'emplacement considéré de la courroie 3 et la pression du courant d'air 4 agissant à l'extérieur sur la courroie 3, et, d'autre part, la largeur en cet endroit de l'interstice 11,qui,à une pression d'alimentation donnée de l'air, se traduit par une distribution de pression, à 40 l'intérieur de l'interstice 11, telle qu'elle exerce sur la 71 19495 7 2090377 courroie 3 la contre-pression qui est nécessaire. Cet équilibre est très stable de sorte que la pression agissant extérieurement sur la courroie 3 n'a qu'une faible influence sur la largeur de l'interstice. 5 En vue de donner à la courroie 3 le mouvement de rotation désiré, la surface 2 est munie de rainures 14 et 15 dont la profondeur est très faible, c'est-à-dire à peu près égale à quelques fois l'épaisseur moyenne de l'interstice 11. Dans cet ordre d'idées il y a lieu de remarquer que sur le dessin l'épaisseur de 10 l'interstice 11 et la profondeur des rainures 14 et 15 ont été fortement grossies pour une meilleure compréhension de la figure. Les rainures 14 vont des ouvertures 9 aux ouvertures 12 voisines de même les rainures 15 vont des ouvertures 10 aux ouvertures 13 voisines. 15 L'effet des rainures 14 est d'empêcher que l'air amené dans l'interstice 11 à travers les ouvertures 9 se divise en courants égaux en direction des ouvertures 12 et 13, mais de faire que l'écoulement entre les ouvertures 9 et 12 soit plus grand qu'entre les ouvertures 9 et 13. Dans ces conditions le premier 20 écoulement exerce un frottement plus grand sur la courroie 3 que le second. D'une manière analogue, la courroie 3 est soumise à un frottement plus grand de la part de l'écoulement allant de l'ouverture 10 à l'ouverture 13 que de la part de l'écoulement, allant de l'ouverture 10 à l'ouverture 12. 25 II résulte de la disparité de ces forces auxquelles la courroie 3 est soumise de la part des divers écoulements d'air à l'intérieur de l'interstice 11, que la courroie 3 se met à tourner dans le sens de la flèche 5. La vitesse de cette rotation est intimement fonction de la vitesse d'écoulement de l'air à 30 l'intérieur de l'interstice 11; ceci donne la possibilité d'ajuster la vitesse de rotation à l'aide de la pression de l'air introduit dans les conduits 7 et 8 et de jouer sur le comportement de l'aile par rapport à l'écoulement d'air 4. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus de la sur-35 face du profil 2, l'interstice 11 n'est le siège d'aucun écoulement, ou d'un très faible écoulement d'air seulement suivant " la direction longitudinale de la surface du profil 2. Dans ces conditions ce dispositif convient pour des ailes ou des organes porteurs analogues présentant un rapport élevé de leur longueur 40 à leur périmètre. Pour les cas où ce rapport est inférieur, on 71 19495 8 2090377 peut utiliser la variante représentée à la figure 4. Dans ce mode de réalisation, les ouvertures de sortie 12 et 13 représentées sur la figure 3 n'existent pas et l'air s'écoule latéralement de l'interstice suivant les flèches 16 et 17. Le fonctionnement de cette variante et par ailleurs le même. Ce mode de réalisation peut également être utilisé dans le cas de rapports élevés de la longueur au périmètre des profils, si la large courroie est remplacée par un certain nombre de courroies plus étroites disposées côte à côte" avec de très faibles espacements. La figure 5 montre encore une autre variante qui ne convient pas non plus dans le cas de très larges courroies. Dans ce mode de. réalisation, les surfaces du profil 2 présentent un certain nombre d'ouvertures d'amenée d'air 18 réparties suivant la périphérie et des rainures 19 reliées à celles-ci. Il n'y a pas d'ouvertures de sortie, de sorte que l'air s'échappe latéralement de l'interstice. Malgré la position oblique des rainures 19 l'écoulement d'air à l'intérieur de l'interstice présente une composante suivant la direction périphérique de la surface du profil 2 et la courroie 2 se trouve mise en rotation. L'air doit être amené aux diverses ouvertures 18 sous une pression qui doit être adaptée au degré de la courbure de la surface du profil 2. Dans ces conditions ce mode de réalisation exige des dispositions plus étudiées, mais cet inconvénient est compensé par une plus grande possibilité d'adaptation à des formes de profils plus compliquées. Les rainures 19 ménagées dans la surface de guidage 2,qui ne vont pas jusqu'aux bords de la courroie 3, qui sont indiquées par des lignes en trait interrompu, ont l'effet fortuit de s'opposer aux déplacements transversaux de la courroie 3. Lorsque la courroie 3 se déplace d'un côté, le courant de lubrifiant dans cette direction diminue sous l'action de l'augmentation de résistance de l'écoulement de sortie. En même temps le courant en direction de l'autre côté augmente sous l'action de la diminution en cet endroit de la résistance de l'écoulement de sortie. Il en résulte une composante transversale du courant de lubrifiant et une force transversale s*exerçant sur la courrcde 3 qui est dirigée en sens contraire du déplacement de la courroie et tend à ramener la courroie 3 à sa position initiale. 71 19495 2090377 —REVENDICATIONS— 1. Elément aérodynamique ou hydrodynamique, tel qu'une aile ou une pale, qui est profilé en vue d'être soumis, dans un courant de fluide, à une force présentant une composante transversa-5 le considérable par rapport à la direction de l'écoulement et qui, a cet effet, comporte sur au moins une partie de sa longueur, un profil extérieur formé par une courroie sans fin de matériau souple, susceptible de se déplacer suivant la direction périphérique du profil, des moyens étant alors prévus pour imprimer un 10 mouvement de rotation à la courroie, lequel élément est caractérisé en ce que, pour guider la courroie dans son mouvement de rotation, l'élément est muni d'une surface fixe, incurvée selon le profil que doit suivre la courroie et de moyens pour maintenir une pellicule lubrifiante entre cette surface et la courroie. 15 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' afin de maintenir la pellicule lubrifiante la surface de guidage est munie d'ouvertures qui sont raccordées à des moyens d'amenée de lubrifiant sous une certaine surpression. 3. Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce que 20 les ouvertures d'amenée de lubrifiant sont prévues dans les parties de la surface de guidage dont les rayons de courbure sont inférieures à ceux des parties avoisinantes. 4. Elément selon la revendication 3, caractérisé en ce que des ouvertures situées dans les parties de plus grands rayons de 2 5 courbure de la surface de guidage communiquent avec des moyens destinés à maintenir une pression du lubrifiant inférieure à celle régnant à l'intérieur des ouvertures situées dans les régions de plus faibles rayons de courbure. 5. Elément selon la revendication 4, caractérisé en ce que 30 les ouvertures situées dans les parties de plus grands rayons de courbure de la surface de guidage communiquent avec une sortie de lubrifiant» 6. Elément selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la surface de guidage est munie de rainures 35 peu profondes qui partent de l'orifice d'amenée du lubrifiant suivant une direction faisant un angle inférieur à 90° avec la direction de rotation de la courroie.