Brevet FR2215348A1 — publié le 19740823

La présente invention a trait à une pompe formant réacteur en vue de la propulsion de canots automobiles, et plus particulierement d'engins du type hors-bord. On sait que les pompes du genre en question (ou turbo-pompes) s'utilisent de plus en plus pour les engins de navigation automobiles de petites dmensions atant donné que ce mode de propulsion évite les dangers et les difficultés de manoeuvre qui sattachent- aux propulseurs à hélic classiques. -e principe physique sur lequel repose une telle pompe de réaction utilisée comme moyen de propulsion entrain par un moteur à combustion interne du type courant, réside substantiellement dans le principe de la conservation de lténergie cinétique. En fait un moteur hors-bord entraîne le rotor de la pompe, lequel refoule sous haute pression un débit d'eau important à travers une tuyère de sortie. Dans cette dernière liteau est soumise à une forte accélération et la poussée de réaction qui en résulte entraine l'en- gin dans une direction opposée à celle du jet sortant de la tuyere. Toutefois, bien que le principe opérationnel soit très simple on zest heurté à divers problèmes techniques quand on a voulu mestre en pratique de telles pompes de réaction. Par exemple5 telles quelles ont été prévues jusquici, les prises d'eau nécessaires à l'alimentation des pompes précitées sont encombrantes et comportent la..caractéristique de dépasser sensiblement en profondeur au-dessous de la coque de l'engin. En outre, toujours en vue d'assurer de forts débits d'eau, ces prises sont établies avec une grande section frontale. Ces dispositions, qui contrastent fortement avec le profil hydrodynamique des engins de navigation modernes, entr=ineli une limitation notable de la vitesse maximale des canots automobiles comportant de telles prises et en outre elles s'opposent à l'utilisation de ceux-ci sur es bas-fonds. Un autre inconvénient, dû surtout à la section frontale importante de la prise cteau, découle de ce que cette dernière collecte ainsi les déchets flottants d'origines diverses, ce-qui provoque fréquement des dommages au rotor de la pompe et au moteur d'entrainement de celui-ci. De façon générale l'inconvénient le plus remarquable des moteurs de la technique antérieure est constitué par le caractère peu satisfaisant du rapport de conversion puissance/poussée de pro=ul- sion. Par exemple, de nombreuses pompes de réaction engendrent des pressions élevées quand on diminue le débit d'eau qu'elles déplacent. En pareil cas l'on obtient bien une vitesse satisfaisante, mais en sens inverse la capacité de transport est faible. D'autres défauts et inconvénients des pompes de la technique antérieure utilisées comme moyens de propulsion pour de petits engins, concernent le dispositif de marche arrière ou d'inversion, lequel est encombrant et fonctionne mal, la perte de puissance propulsive de la pompe du fait de la détérioration progressive de son rotor ; et le système de refroidissement du moteur à combustion interne. La présente invention vise par conséquent à permettre d'établir une turbo-pompe perfectionnée pour petits engins de navigation, qui comprend un collecteur d'entrée d'eau comportant une profondeur d'enfoncement réduite, et cependant propre à assurer le débit d'eau nécessaire, même lorsque l'engin atteint une grande vitesse. L'invention vise encore - à établir un système de refroidissement du moteur qui utilise une fraction de l'eau pompée en traitant celle-ci de manière à éliminer les dépôts possibles de déchets et de substances nuisibles, - à réaliser, pour assurer la propulsion d'un engin de navigation, une turbo-pompe comportant un rotor axial à effet centrifuge, et qui assure des vitesses élevées en même temps qu'une bonne capacité de transport (charge utile) de l'engin - et à établir une pompe de réaction comportant un dispositif d'inversion efficace, commode et fonctionnel. La turbo-pompepour canots automobiles hors-bord suivant l'in- vention est caractérisée en ce qu'elle comprend un corps tronconique qui définit une chambre intérieure, un rotor axial-centrifuge monté sur un axe de rotation, et entrainé par un moteur à combustion interne, la partie principale de ce rotor étant logée dans la chambre précitée pour tourner à l'intérieur de celle-ci, une section de récupération fixée à l'intérieur du corps pour communiquer à la fois avec la sortie du rotor et avec une tuyère convergente disposée substantiellement à angle droit par rapport à l'axe de celui-ci, et un dispositif de prise d'eau prévu à l'extrémité du corps opposée à ladite tuyère et déterminant une surface d'aspiration qui constitue substantiellement ùn prolongement de la quille de l'engin, ce dispositif étant en communication avec l'entrée du rotor en vue d'alimenter la pompe en eau lorsque l'engin -se déplace avec sa quille au contact d'un plan d'eau. Le dessin annexé, donne à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques quelle présente et les avantages qutelle est susceptible de procurer Fig. 1 est une vue partielle d'un engin de navigation équipé d'un moteur hors-bord comportant une turbo-pompe suivant la présente invention. Fig.2 est une vue de côté à grande échelle avec coupe partielle, montrant la turbo-pompe de fig.1 avec une coupelle de renversement de marche. Fig.3 montre un rotor axial-centrifuge utilisé dans laturbo-pompe suivant l'invention. Fig.4 est une vue en plan par dessus représentant le collecteur de prise d'eau d'une turbo-pompe suivant l'invention En fig. 1 un moteur hors-bord 1 est fixé à la coque 2 d'un engin de navigation par le moyen d'un dispositif de liaison- 3 à la façon connue. La turbo-pompe, à laquelle on a affecté la référence générale 4, est à son tour fixée au-moteur 1 par le moyen de boulons 5. Le collecteur de prise d'eau a été référencé 7. D'autre part les références 15 et 16 correspondent respectivement à la ligne de flottaison à l'arrêt et à la vitesse maximale de l'engin. Dans les deux cas latuyère propulsive 14 se trouve au-dessus du niveau de l'eau ce qui constitue une condition nécessaire pour le fonctionnement efficace de la turbo-pompe. Le collecteur de prise d'eau 7 comporte à son extrémité extérieure une grille 18 faite de-barreaux métalliques convenablement espacés et parallèles les uns aux autres ainsi qu'au sens d'avancement (fig.4). Cette grille 18 évite le-balayage et la collectiondes débris qui flottent éventuellement sur l'eau et qui pourraient endommager le rotor de la turbo-pompe. L'extrémité extérieure du collecteur 7 est inclinée de manière à faire un angle avec la surface de l'eau, ce qui améliore l'effi- cacité à grande vitesse. Comme on l'a dit plus haut, le fonctionnement de la turbo-pompe suivant l'invention est basé sur la conservation de l'énergie cinétique du système constitué par la coque de l'engin, le moteur avec sa pompe et la masse d'eau qui pénètre à chaque instant dans la chambre de cette pompe. Conformément à ce principe il est clair qu'il suffit d'amener à la position B la coupelle 17 (fig. 2) articulée à la sortie de la tuyère propulsive 14 pour obtenir la marche arrière de l'engin. Fig. 2 représente la forme de cette coupelle, laquelle comporte une lumière 10 propre à venir au droit du tuyau d'échappement du moteur d'entrainement 1. Cette lumière permet aux gaz brûlés provenant de celui-ci d'être directement évacués à l'extérieur, même lorsque la coupelle de renversement de marche se trouve en fonctionnement, suivant la position B de fig. 2. Le rotor 12 est du type axial-centrifuge en vue d'assurer la pression de refoulement nécessaire à l'obtention de grandes vitesses, ainsi que l'alimentation correcte de la volute 13 par l'eau prélevée à partir du collecteur 7. Il a été relevé que les rotors exclusivement centrifuges utilisés antérieurement présentent de fa çon excessive l'inconvénient de la cavitation, ce qui a des conséquences dangereuses qu'on ne peut négliger si l'on considère la vitesse de rotation élevée des moteurs hors-bord actuels. Suivant une autre caractéristique de 1 'invention, la turbo-pompe comprend entre le collecteur 7 et la section de récupération ou volute spirale 13, une chambre intermédiaire 20 fixée par vis au collecteur de prise d'eau 7. Cette chambre 2Q, dans-laquelle le rotor 12 est monté, présente une forme substantiellement tronconique qui correspond à l'enveloppe de révolution extérieure définie par le rotor 12. La chambre 20 peut se remplacer facilement moyennant séparation d'avec la volute 13 et le collecteur 7, par simple dévissage des vis ou boulons d'assemblage 21. Le rotor 12 est entraîné en rotation par l'arbre 24 -du moteur à combustion interne 1 et sa position axiale à l'intérieur de la. chambre 20 peut se régler par le moyen d'une série de rondelles d'épaisseur 25, aisément amovibles. Il en résulte que l'usure-du rotor 12 dans la chambre 20 peut se compenser par l'enlèvement ultérieur de certaines de ces rondelles, de sorte qu'il est possible de maintenir un jeu constant entre le rotor et la chambre-, -sans augmentation des pertes de puissance. En outre un espace 30 en forme de fente, ménagé entré.l'ex-tré- mité du rotor 12 et le dispositif 40 qui renferme les organes connus pour le réglage moteur-rotor, permet à un certain débit d'eau de pénéber, à partir du collecteur 7, dans une chambre 41 ménagée à l'intérieur du rotor. Dans cette chambre l'eau se trouve fortement centrifugée, ce qui la filtre et la libère de toutes - impure ts en la rendant ainsi disponible pour le refroidissement du moteur 1. Le palier 45 monté sur le manchon 43 porté par l'arbre 24 est du type à lubrification visqueuse et il comporte les joints et dispositifs de fixation bien connus des techniciens. Les formules qui représentent le fonctionnement de la turbopompe suivant la présente invention sont les suivantes : WP = K1QH (1) dans laquelle : WP = puissance hydraulique. K1 = facteur de proportionnalité. Q = débit d'eau. h = pression de pompage évaluée en unités de longueur (sous forme de hauteur statiaue). S = K2@H x @@ (2) dans laquelle : S = poussée propulsive de réaction. K2 = facteur de proportionnalité. a vitesse de la tuyère 14, et par conséquent de I 1engin luimeme, laquelle est inférieure à la vitesse de l'eau éjectée, est donnée par dans laquelle V = vitesse à la tuyère. K3 = facteur de proportionnalité. g = accélération gravitationnelle. I1 résulte de l'équation (3) que la vitesse de l'engin dépend de la racine carrée oe la pression H. D'autre part pour une puissance hydraulique déterminée, on obtient une forte valeur de la pression en diminuant le débit Q, toutefois avec cette conséquence qu'on ne dispose alcrs que d'une poussée faible comme indiqué par l'équation (2). Une pompe centrifuge donne une forte valeur de H avec de faibles valeurs ae > , en entraînant des risques de cavitation élevés. Une rompe excnusrvement axiale ne peut assurer de grandes vitesses en raison de la faible pression de refoulement disponible. On comprend par conséquent les avantages qui résultent de l'utilisation d'une pompe du type axial-centrifuge. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n' a été donnée qu'a titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. R E V E h- D I C A T I O N S 1. Pompe formant réacteur pour la propulsion de canots automobiles, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps tronconique qui définit une chambre intérieure, un rotor axial-centrifuge monté sur un axe de rotation et entralné par un moteur à combustion interne, la partie principale de ce rotor étant logée-dans la chambre précitée pour tourner à l'intérieur de celle-ci, une section de ré cuperation fixée a l'intérieur du corps pour communiquer à la fois avec la sortie du rotor et avec une tuyère convergente disposée substantiellement à angle droit par rapport à l'axe de celui-ci, et un dispositif de prise d'eau prévu à l'extrémité du corps opposée à ladite tuyère et déterminant une surface d'aspiration qui consti tue substantiellement un prolongement de la quille de l'engin, ce dispositif étant en communication avec l'entrée du rotor en vue d'alimenter la pompe en eau lorsque l'engin se déplace avec sa quille au contact d'un plan d'eau. 2. Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la section de récupération est en forme de volute spirale en vue de collecter l'eau à partir du rotor et de l'amener. à la tuyère. 3. Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la prise d'eau comporte une grille placée sur sa surface d'entrée pour empêcher la pénétration dans cette prise d'objets de dimension supérieure à une valeur donnée. 4. Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une coupelle d'inversion de marche articulée à la tuyère d'éjection, cette coupelle comportant une lumière propre a venir en face du tuyau d'échappement du moteur à combustion interne. 5. Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la rotor est monté sur un arbre d'entraînement portant plusieurs rondelles d'épaisseur co-axiales- amovibles. 6. Pompe suivant la revendication 1, caractérisée èn ce que la chambre de son corps présente une forme tronconique qui correspond à l'enveloppé de révolution définie par le rotor.