Brevet FR2187604A1 — publié le 19740118

La présente invention concerne 11 ensemble des profils utilisés essentiellement en domaines thermodynazmique, thermique, hydraulique,en domaines nautiques et aérodynamique,essenti@l- -lement pour les ailes et voilure@,les hélices et ventilateurs de traction et de poussée et les pales d'hélicoptères,les soufflantes,les compresseurs et les étages dits de turbine des turboréacteurs et des turbopropulseurs. L'état de la technique actuelle est réduit à 11 existence des profils à fentes multiples,inexploités pratiquement et définis exclusivement en domaine aéronautique,sans disposi- -tifs hypersustentateurs. Ces profils à fentes multiples se composent essentiellement d'un profil global dont la structure se décompose en éléments de profils unitaires classiques,à incidence par rapport à l'écoulement générallement variable et de corde de profil constante ou différentiée suivant la figure 1. Les éléments de profils sont au nombre aussi élevé que nous voulons et peuvent varier communément de 1 à 10 et en général de 1 à 100 ou davantage.Ces éléments de profils sont représentés sous les repères 2 à 9 de la Figure I.L'écoule -ment d'origine est représenté en 1 (repère 1),les flèches et en partioulier le repère 10 cencernent l'écoulement entre chaque ensemble de profils élémentaires pris deux à deux. En règle générale les éléments de profils sont solidaires les ans des autres par des poutres et longerons minces, L'invention vise à obtenir essentiellement une augmentation des capacités de portance des profils utilisés dans tous les secteurs de la technologie,que ce soit l'aéronautique,les turbomoteurs,les hélices les ventilateurs et les pales en usage aéronautique et marin,dans les secteurs des voilures nautiques peur véhicule marin ou à usage mixte (maritime et terrestre),dans le secteur des ailes et voilures tnus types en aérodynamique,quel que soit l'envergure,l'allongement,le diedre,l'épaisseur relative et l'angle de flèche,dans le secteur des turbines thermiques qu'elles soient à vapeur ou à gaz,quel que soit le type utilisé,e-t dans le secteur essentiel des turbines hydrauliques,quel que soit le type utilisé,à axe horizontal,vertical ou oblique,types Francis Kaplan ou turbine-hélice ou tout autre type,quel que soit le fluide utilisé.Ce fluide peut être une nappe hydraulique retenue en barrage. ou des conduites forcées utilisant l'éne -gie dynamique du fluide.cette énergie peut être également tout autre liquide pouvant être exploitéSDans le domaine des turbines thermiques l'exploitation peut être assurée quel que soit la vapeur ou le gaz sous pression utilisé.le type peut être à un corps simple ou à plusieurs corps successifs,avec détente à la pression atmosphérique,ou une détente à une pression nettement plus faible comme il est exploité actuelle -ment.Ces turbines peuvent 4tre à simple ou à double sens de rotation,avec une ou plusieurs tuyères par ailette.Ces turbines peuvent être à production d'énergie électrique ou tout antre forme d'énergie.Elles peuvent entre équipées d'aübages ou d'ailettes de distribution ou non.Elles peuvent être à une ou plusieurs vitesses de rotation.Tous ces types de turbines et les profils à usage. spécifique décrits précédemment peuvent être équipés des profils sophistiqués définis dans cette étude. Dans le cadre d'une généralisation,nous pouvons prévoir par exemple l'intégration d'un profil à fentes multiples avec des volets de bord d'attaque suivant la figure numero 2. Nous avons sous les repères de I à 6 les divers éléments du profil à fentes multiples,ceux-ci peuvent titre au nombre que nous voulons,leur corde de profil peut etre variable relativement,ainsi que leur incidence propre.1e volet de bord d'attaque est représenté par le repère 7.I1 peut être fixe ou mobile et avoir un# braquage.Le repère 8 indique par exemple un braquage voisin de zéro. Le volet de bord d'attaque peut être composé d'un '1bec" unique,ou de plusieurs profils successifs t fentes ou non. la Figure 2 par exemple indique un volet de bord d'attaque composé de 3 éléments à fentes,permettant la régénération de l'écoulement. L'identification du bord d'attaque s'effectue par sa possibi -3ité de mobilité autour d'un axe et de ses éléments de profils générallement plus courts que le profil lui-même auquel il est adjoint. Nous pouvons encore concevoir un profil suivant la Figure 3. Cette Figure 3 se compose d'éléments d'un profil à fentes multiples eux-mêmes équipes de volets de bord d'attaq@e avec ou sa@s fentes.Nous avons par exemple sous les @@@@@@@ de 1 à @ les éléments corstituants essentiels du profil à fe@tes multiples.Sous les repères 9 à 16 de la Figure 3 nous avons les volets de bord d'attaque des profils élémentaires. Ces volets peuvent naturellement être fixes ou mobiles par une commande au choix du constructeur.Ces volets peuvent être équipés de fentes au nombre que novs voulons ou être sans fente.les dimensions de chaque volet de bord d'attaque meuvent entre relativement équivalentes ou tatalement différehtes.Nous pouvons encore concevoir un profil mixte équipé par exemple d'éléments de profils à volets de bord d'attaque,avec on sans fentes nuis par exemple des éléments de profils classiques,l'en-semble constituant un profil à fentes multiples complexe à disprsitifs hy@e@sustentateurs, fixes ou mobiles,suivant par exemple la figure 4. Dans les trois figures 2,3 et 4 les dimensions relatives des éléments fixes par exemple constituant les éléments de pro -fils principaux sont au choix du constructeur,ainsi que leur nombre. Dans la figure 4,nous avons par exemple les éléments de profil essentiels présentés sos les repères I e 9. Les volets de bord d'attaque équinent certains des éléments constitutifs essentiels du profil.Nous avons par exemple des volets de bord d'attaque sous les repères IO,II,I2,I3 et 14. Nous pouvons avoir par exemple uniquement des volets de bord d'attaque sur les éléments principaux I,ou I et 2,ou I et 2 et 3,ou encore les éléments principaux présentés sous les repères 5,ou6,ou8,ou 9. La figure 4 constitue une des possibilités de généralisation de l'exploitation du volet de bord d'attaque qui peut équiper l'un quelconque des éléments principaux représentés sous les repères de I à 9,dans le cas par exemple d'un profil à fentes multiples à 9 éléments.Nous pouvons avoir par exemple successivement 2 éléments principaux équipés de volets de bord d'attaque fixes ou mobiles avec par exemple deux fentes, puis 3 éléments principaux équipés de volets de bord d'attaque fixes ou mobiles,avec par exemple I fente,nuis par exemple I profil à volet de bord d'attaque sans fente ,fixe ou mobile,puis par exemple 5 ou IO élemerts de profils essentiels constitutifs,l'ensemble constituant le profil à fentes multiples à dispositifs hypersustentateurs.Ainsi ce dispositif hypersustentateur,quel que soit son type,teut équiper un, plusieurs ou l'ensemble,dans 11 ordre qui convient au cons -tructeur,des éléments constituant le profil à fentes multiples,suivant le principe de l'analyse combinatoire au langage mathématique du terme. Dans ce même contexte nous pouvons prévoir la généralisation du volet de bord de fuite avec uu sans fentes,classique ou du type Fowler,sur le profil à fentes multiples. En premier lieu nous pouvons concevoir un profil à fentes multiples équipé d'un volet de bord de faite avec ou sans fentes,fixe ou mobile,avec par exemple plusieurs angles de braquage,suivant par exemple la Figure 5. Nous avons par exemple sous les repères de I à 5 les éléments essentiels constitutifs du profil à fentes multiples.Sous le repère 6 nous avons par exemple un volet de bord de fuite avec fentes.Sous le repère 7 nous avons nar exemple une position du volet sans braquage.Ce braquage peut être fixe ou mobile.Le profil essentiel dont les éléments sont présen -tés par exemple sous les repères I à 5 peut comporter dans l'exploitation autant d'éléments constitutifs que nous voulons,au nombre de I à 10 ou davantage par exemple. Dans la Figure 6 nous avons par exemple un profil à fentes multiples équipés de volets de bord de fuite sur l'ensemble des éléments de profil essentiels. Nous avons par exemple sous les repères 7 à 8 es éléments de profil essentiels constituants le profil à fentes multiples et par exemple sous les repères 9 à I6,des volets de bord de fuite sur caque é'ément d profil.Ces volets peuvent être fixes ou mobiles,sans fente ou avec une ou plusieurs fentes le type de volet utilisé peut être différent sur chaque élément de profil ou être associé tour chaque type de volet sur plusieurs éléments de profil successifs ou décalés, suivant toutes les combinaisons possibles Nous pouvons encore concevoir suivant la Figure 7,un profil à fentes multiples équipés,sur quelques uns de ses éléments de profil constitutifs essentiels,de volets de bord de fuite avec ou sans fentes,mobile ou non,quel que soit le nombre de fentes,le type de volet utilisé et le dimensionnement relatif des éléments de profil auxquels ils sont intégrés et le dimensionnement relatif de ces volets entr'eux et par rapport à l'élément auquel ils sont attachés. Nous avons par exemple sous les repères de.I à7 ,de la figure 7les éléments de profil constitutifs essentiels du profil à fentes multiples.Nous avons par exemple en 8,9,10, 11,12 (repères 8 à 12),des volets de bord de fuite avec ou sans fentes,mobiles ou non,montés sur l'un,ou plusieurs des éléments du ;;profil à fentes multiples,dans un ordre quel -conque,en fonction de l'exploitation désirée,et des polaires obtenues,Toutes les possibilités d'implantation de volets de bord de fuite.quel que soit leut type,leur angle de graquage fixe ou mobile,avec une ou plusieurs fentes ou sans fente, quel que soit l'élément auquel ils sont intégrés,font partie de-e exclusivités de ce brevet,suivant toutes les combinaisons et capa.cités combinatoires possibles. Nous notons que nous pouvons avoir autant d'éléments de profil à fentes multiples,sans volet,que nous voulons. Dans la figure 7 ils sont au nombre de 2,nous pouvons en avoir nn soul,ou aucun comme la figure 6,ou encore tous les éléments de profil sont sans volet comme la figure 5, mais avec un volet plus important en aval du profil à fentes multiples (repère 6 de la figure 5). Il en est de meme pour les volets de bord d'attaque représen tés par la figure 2 et les figures 3 et 4,dont toutes les caractéristiques et les possibilités d'implantation sur les éléments de profil du profil à fentes multiples sont combina -toires. Dans ce même contexte nous pouvons concevoir un profil à fentes multiples encore plus élaboré avec volets de bord de fuite et volets de bord d'attaque,implantés simultanément sur un même profil à fentes multiples.Ces volets peuvent être les uns et les autres,avec une ou plusieurs fentes ou sans fente,ces volets peuvent être fixes ou mobiles,les dimen -sions sont au choix du constructeur,suivant par exemple la Figure 80 Nous avons sous les repères I à 5 par exemple les éléments de profil constitutifs dA profil à fentes multiples,Sous le repère 6 nous avons le volet de bord d'attaque,fixe ou mobile avec ou sans fentes,et sous le repère 9 une position de braquage par exemple. Nous avons sous le repère 7 le volet de bord de fuite avec ou sans fentes et sous le repère 8,diverses possibilités de braquage. Nous notons que las volets' peuvent avoir des dimensions supérieures à un élément du profil à fentes multiples,pris seul,dans tous les cas prévus et cités depuis la Figure 2, et jusqu'à la figure IO incluse. Nous pouvons encore avoir une conception suivant la Figure 9 avec les éléments équipés soit de volets de bord de fuite, soit de volet de bord d'attaque,soit des deux types de volets simultanément,quel que soit le type de volet utilisé. Nous avons dans la Figure 9 par exemple,les repères I à 5 constituant les éléments de profil constitutifs du profil à fentes multiples. Sous les repères de 6 à 10 nous avons par exemple les volets de bord attaque avec ou sans fentes,mobiles ou non,quel que soit le braquage éventuel. Nous avons sous les repères de 11 à 15 les volets de bord de fuite,avec ou sahs fentes,avec braquage ou non.Nous notons que générallement les volets extrèmes amont (bord d'attaque) et aurai (bord de fuite),sont générallement plus élaborés que les volets internes.Ils peuvent comporter par exemple des fentes supplémentaires,si les autres volets internes éventuels sont sans fentes par esemple,ils peuvent être de plus grande dimensions du fait de leur position et de leur meilleure réceptivité de l'écoulement.Nous nouvons également avoir des volets de tdus types de même dimensions pour faciliter la fabrication. Nous rappelons que l'implantation des volets sur les éléments internes nar exemple sous les repères 2 à 4 de la figure 9 est facultative,ou encore que ces éléments internes,peuvent être équiper que d'un seul tyne de volet. Dans tous les cas toutes les combinaisons sont possibles, avec tout les types de volets. Nous pouvons encore representer n profil suivant la figure 10 avec volets de bord de fuite sur quelques uns seulement des éléments du profil fentes multiples.Nous avons par exemple sous les repères de T -à7 les élements constitutifs du profil fentes multiples,sous les repères 8 et 9 des vol- -ets de bord d'attaque sur par exemple les deux premiers éléments du profil à fentes mul iples.Nous aurons en IO,II et repère I2 des volets de bord d'attaque sur des éléments de profil quelconques du profil à fentes multiples.Nous avons sous le repère I3,par exemple,un volet de bord de fuite,sur un élément amont du urofil.Sous le repère I4 nous avons un volet de bord de fuite sur vn élément quelqonque du profil. Sous les repères 15 et I6 nous avons par exemple des volets de bord de fuite sur les derniers éléments du profil. Dans notre exemple les profils présentés sous les repères 3 et 5 restent classiques,afin d'illustrer la généralisation du procédé. La figure 10 est un exemple de constitution,nous pouvons avoir naturellement un profil à fentes multiples composé de I à 20 éléments constitutifs ou davantage,au choix du construc -teur.Les volets de bord d'attaque peuvent être au nombre de I à 20 ou davantage,ils peuvent être équinés de fentes ou non, ils neuvent être mobiles ou fixes.Les volets de bord de fuite peuvent également être au nombre de I à 20 ou davantage.Ils peuvent être équipés de fentes ou non. Ils peuvent être mobiles ou fixes. Toutes les possibilités combinatoires suivant le type de volet et le nombre d'éléments du profil à fentes multiples sont offertes. Nous notons que la concavité du profil à fentes multiples d'origine peut être nulle ou comte habituellement relative -ment élevée. Nous précisons que dans tous les cas les volets de bord d'attaque et de bord de fuite peuvent avoir un braquage faible ou élevé en fonction des distances s parant les éléments du profil à fentes multiples.Concernant cette remarque,souls les volets extrèmes amont (bord d'attaque) et aval (bord de fuite) ne subissent aucune contrainte.Dans la figure IO par exemple les éléments restés classiques du profil à fentes multiples peuvent être non seulement les éléments 3 ou 5,mais aussi les éléments repérés I ou 2 ou 4 ou 6 ou 7,les volets de bord d'attaque et de bord de fuite,étant implantés au choix du constructeur,sur l'un ou quelques uns ou l'ensemble des éléments ## du profil. Ainsi chaque élément du profil à fentes multiples a quatre possibilités au choix du constructeur: -- élément classique sans volet -- élément avec volet de bord d'attaque avec ou sans fentes,mobile ou fixe -- élément avec volet de bord de fuite,avec ou sans fentes,mobile ou fixe -- élément avec volet de bord d'attaque et volet de bore de fuite simultanément,l'un et l'autre des volets pouvant être avec ou sans fentes,mobile ou fixe,nous nouvons avoir par exemple un volet à fentes et l'autre sans fente,ou deux volets sans fentes ou deux volets avec une ou plusieurs tente de même nous pouvons avoir un volet fixe et un vole -et mobile ou deux volets mobiles ou deux volets fixes. Afin d'éviter les décollements sFa ces dispositifs très élaborés,nous pouvons prévoir par exemple l'implantation de générateurs de tourbillons,constitués de lamelles légére -ment cintrées,et permettant d'éviter à la souche limite le décollement dans le cas de dispositifs hypersustentateurs très développésOTes générateurs de tourbillon sont placés habituel -lemet sur l'extrados du profil, ils peuvent être aussi placés sur l'intrados de ce même profil0 En applications industrielles nous devons prévoir la générali -sation de ce procédé à l'ensemble des secteurs de mécanique des fluiles.L'application peut être généralisée aux voilures et profils aéronautique dont l'avantage peut être déterminant pour IBB appareils de troidième niveau et les courtscourriers, approche et décollage court,les coefficients de portance de ces profils pouvant atteindre et dépasser 7, en fluide compressible. Ce type de profil peut entre généralisé aux navires ou apparei -ls mixtes maritimes et terrestres,équipés de voilures de sus -tentation.Les coefficients de portance en fluides incompris -sibles peuvent atteindre ou dépasser IO après optimisation. Ce principe peut être généralisé aux hélices et ventilateurs carénés ou non dans le cas où l'on désire obtenir une forte traction ou mie torte poussée,qu'ils soient à usage nautique c'est à dire en fluide incompressible ou en fluide compres -sible comme l'atmosphère. L'emploi peut autre généralisé aux pompes et compresseurs industriels ou à usage domestique,pour fluides togs types liquides ou gazeux. L'usage peut être généralisé aux pales des hélicoptères,quel que soit le type,le nombre de pales et le nombre de rotors. Le principe peut être généralisé aux turbines à vapeur et à gaz,quel que soit le type, un ou plusieurs corps,à une ou plusieurs vitesses di rotation,avec ou non étages de dis -tribution,quel que soit le fluide utilisé,vapeur d'eau ou gai, OU air surehauffé. L'usage peut être généralisé essentiellement aux turbines hydrauliques où le coefficient de traitée en polaire hydraulique a peu d'importance,surtout en turbine à axe vertical. Ces types de profils peuvent être utilisés,quel que soit le type de turbine hydraulique,à faible ou à haut dénivellé de chute,quel que soit le type,Pelton,Francis,Kaplan ou turbine-hélice,ou tout autre typ@.La turbine hydraulique peut être à axe vertical,horizontal ou oblique à faible ou à haut régime de rotation,à incidence des aubages fixe ou variable,que les aubades de turbine soient radiaux ou sécants,à incidence optimisée,ou non par le triangle des vitesses. La généralisation de ce procédé peut etre appliquée aux soufflantes,compresseurs et étages de turbines des turbo -réacteurs,que celui-ci soit à simple ou à double flux,à un ou nlusieurs étages de soufflantes,que celle-ci soit dite soufflante avant ou soufflante arrière,quel que soit la nombre d'étages du compresseur,que le turboréacteur soit à simple corps,double corps,triple corps ou multicorps,quel que soit le nombre d'étages de turbines pour entrainement du ou des compresseurs.Le principe peut être généralisé encore aux étages de turbines des turbopropulseurs,quel aue soit le nombre d'étages définis. En règle générale ce principe est essentiellement excellent dans la mesure où la consommation spécifique a peu dtimportance,et où les besoins d'une forte énérgie est nécessitée,quel qu'en soit le couAt,et avec un volume ou un encombrement limité. Ce procédé est particulièrement interessant avec des moteurs à fable consommation spécifique,voire nulle,ou dans les secteurs par exemple l'hydraulique où l'énérgie cinématique du fluide doit autre totalement absorbée,sans risque de pénalisation par na trainée du profil. Dans tous les secteurs où l'usage de voilures,d'aubages, d'ailettes,d'hélices,ou de pales est nécessaire l'emploi de ces profils peut devenir déterminant. REVENDICATIONS 1)Voilures,profils,a@bages et ailett@s,élaborés suivant la principe des profils à fentes multiples,composés d'éléments successifs de corde de profil constante ou variable,d'une épaisseur relative constante ou differentiée et sousmis par rapport à l'écoulement à une incidence fixe ou une variation relative d'incidence croissante ou décroissante,caracterisés par le fait que ltun,ou plusieurs,ou l'ensemble des éléments de profil composant le profil à fentes multiples sont équipés d'un volet de bord d'attaque,sans fente,ou avec une ou plusieurs fentes régénératrices de l'écoulement,avec incidence relative fixe ou variable,avec braquage du volet ou non,quel que soit la longueur de la corde de profil de ces volets. 2)Voilures,profils,aubages et ailettes,élaborés suivant le Principe des profils à fentes multiples,quel que soient les caractéristiques de ces profils à fentes multiples,caracté- -risés par le fait que l'un,ou plusieurs,ou l'ensemble des éléments de Profil composants le profil à fentes multiples, sont équipés d'un volet de bord de fuite,composé d'un ou de plusieurs éléments,sans fente,ou avec une ou plusieurs fentes régénératrices de l'écoulement,avec incidence relative fixe ou variable,avec braquage ou non, quel que soit la longueur de la corde de profil de ces volets spécialisés. 3)Voilures,profils,aubages et ailettes élaborés suivant le principe des profils à fentes multiples,quel que soient les caractéristiques de ces profils à fentes multiples,caract6- risés par le fait que l'un,ou plusieurs,ou l'ensemble des éléments de profil à fentes multiples sont équipés de volets de bord d'attaque,sans fente,ou avec une ou plusieurs fentes, avec braquage fixe ou mobile,et simultanément l'un, ou plusieurs ou l'ensemble des éléments de profil du profil à fentes multiples sont équipés de volets de bord de fuite,sans fente, ou avec une ou plusieurs fentes,avec braquage fixe ou mobile, quel que soit les caractéristiques de l'ensemble de ces volets 4)Dispositif suivant les revendications I ou 2 ou 3,caracté -rieé par son exploitation aux ailes,voilures et empennages tous types,en aéronautique,quel que soit l'envergure,l'allon- -gement,l'angle de diedre,l'épaisseur relative,l'angle de flèche,que l'appareil soit équipé d'une de deux de trois,ou de plusieurs voilures principales ou empennages. 5)Dispositif suivant les revendications I,ou 2,ou 3,caracté -risé par l'exploitation aux profils et voilures à usage matitime et nautique,caractérisé par l'exploitation en profil contribuant à la portance d'un véhicule totalement marin, ou à usage mixte (terrestre et maritime),quel que soit le tonnage de ce véhicule nautique. 6)Dispositif selon les revendications I,ou 2,ou 3 caractérisé par l'exploitation aux hélices,ventilateurs à usage maritime et aux hélices,ventilateurs et pales en domaine héliporté et dans le secteur de l'aéronautique,ou en usage domestique,quel que soit le sombre de pales et le nombre d'étages de pression. 7)Dispositif suivant les revendications I,ou 2,ou 3 caracté -risé par l'exploitation aux pompes et ventilateurs et compresseurs,qvel que soit le fluide liquide ou gazeux utilisé -sé,quel que soit le type exploité,le nombre et la disposition des aubages et ailettes,et la fonction des pompes et compres -seurs. 8)Dispositif selon les revendications I,ou 2,ou 3 caractérisd par l'exploitation en turbines thermiques,quel que soit le type utilisé,quel que soit le fluide compressible utilisé, qu'elles soient à production d'énergie électrique ou non, avec ou sans ambages de distribution,à simple ou à double corps de rotation,à simule ou à plusieurs corps,à une ou plusieurs vitesses de rotation,que chaque ailette soit attaquée par une ou plusieurs tuyères. 9)Dispositif selon les revendications I,ou 2,ou 3,caractérisé par l'exploitation en turbines hydrauliques,quel que soit le type utilisé,à axe vertical,horizontal ou oblique,à faible ou haut régime de rotation,à incidence fixe ou variable,que les profils soient radiaux ou sécants. 10)Dispositif selon les revendications I,ou 2,ou 3 caractérisé par l'exploitation aux étages de soufflantes,aux compresseurs et aux étages dits de turbines des turboréacteurs et des turbopropulseurs,quel que soit le nombre d'étages de soufflantes du compresseur et de turbines,quel que soit le nombre de corps.