Brevet FR2351857A1 — publié le 19771216

La présente invention concerne la commande d'un systeme de propulsion par réaction comportant au moins un canal transversal, notamment pour des engins nautiques, permettant d'assurer d'une manière extrêmement efficace et simple la capacité de manoeuvre de l'engin nautique intéressé. Il est bien connu que des engins nautiques à destination particulière, comme par exemple les bacs, les bateaux destinés au service portuaire, les remorqueurs, les grues flottantes, doivent, du fait de leur destination, pouvoir être manoeuvrés d'une manière extrêmement sûre. Une manoeuvrabilité accrue ne comprend pas seulement la possibilité de tourner rapidement à droite et à gauche et de passer rapidement de la marche avant à la marche arrière, mais il est également indispensable de pouvoir compter sur une execution rapide des instructions- de manoeuvre et, en outre, on doit disposer d'une possibilité de simultanéité de ces instructions de manoeuvre. Pour satisfaire aux exigences de manoeuvrabilité précitées, on a proposé toutes les solutions connues et utilisées dans la pratique; on a, par exemple, proposé l'utilisation des différents systèmes de propulsion et d'entraînement parmi lesquels les plus connus sont les systèmes de propulsion Voith-Schneider avec l'entraînement "Z" de Kortring et les différents systèmes de propulsion à réaction qui ont été largement développés ces derniers temps. Pour les engins nautiques spéciaux précités, la large diffusion des systemes de propulsion à canaux transversaux (ou à canal transversal), qui est la plus répandue parmi les systèmes d'entraînement par propulsion d'eau, est très caractéristique. A côté du nouveau développement des systemes à propulsion, on a proposé d'autres moyens, qui visent le développement des commandes. Sous cet aspect, la tendance s'est orientée, dans le domaine de la télécommande et de son automatisation, des réalisations toujours plus perfectionnées. Lors de l'appréciation de la commande et de la possibilité d'utilisation des systèmes de propulsion connus, ainsi que de l'efficacité et de la manoeuvra bilité, il importe surtout de résoudre les problèmes qui se posent de maniera simultanée. Dans cette optique, on peut considérer comme caractéristique le fait que la détermination de la vitesse et le choix de la marche avant ou de la marche arrière constituent l'un des problèmes de la manoeuvre, l'autre étant posé par le choix de la marche vers la droite ou la gauche, c'est-à-dire le changement de direction à partir de la marche d'une ligne donnée, et par la marche en ligne droite.Ces deux problèmes de manoeuvre sont généralement résolus dans la pratique par l'actionnement d'un dispositif de direction et d'un dispositif déterminant la vitesse et, en même temps, la marche avant ou arrière. L'experience apportée par la pratique montre que l'efficacité et la manoeu vrabilité peuvent être améliorées si ces deux problèmes principaux sont résol us de maniere satisfaisante aussi en ce qui concerne la simultanéité, sans qu'il en résulte des difficultes, et de façon telle qu'on puisse employer un personnel n'ayant pas suivi un enseignement spécial. A cet égard, il ne faut pas oublier qu'il est nécessaire que l'actionnement approximativement simultané du dispositif de direction et de commande - en plus de l'exécution et du contrôle de l'ordre donné - ne dépasse pas les possibilités optimales, ni en ce qui concerne les capacités humaines, ni en ce qui concerne le fonctionnement du mécanisme. C'est un fait bien connu que, parmi les systèmes de propulsion précités, c'est justement l'entraînement à réaction à canal transversal qui est le plus répandu en tant que systeme le plus facilement adaptable à des applications diverses, en particulier pour les engins nautiques spéciaux. Dans l'entraînement à réaction à canal transversal, le rotor de pompe qui tourne autour d'un axe vertical aspire de l'eau pour l'ouverture ménagée dans le plancher de l'engin nautique et l'envoie dans la chambre de pression conformée de manière appropriée. A la chambre de pression se raccordent des canaux au nombre de deux à quatre, sensiblement horizontaux, disposés sous un angle approprié les uns par rapport aux autres et qui peuvent étre maintenus ouverts, fermés ou partiellement ouverts en général au moyen d'eléments obturateurs en forme de plaques ou analogues, mobiles verticalement. La force de poussée nécessaire à la propulsion de l'engin nautique est produite par la force de réaction du flux d'eau s'écoulant par le canal ouvert.La manoeuvra bilité désirée précitéepeut être obtenue par l'ouverture ou la fermeture judicieuse de plusieurs canaux; l'actionnement immédiat des obturateurs est généralement effectué au moyen de vérins hydrauliques. On connaît aussi un système à canal transversal dans lequel les soupapes hydrauliques réalisant l'actionnement des panneaux soht commandées électriquement. Dans cette solution, l'ouverture des soupapes magnétiques associées aux verins hydrauliques est commandée par la fermeture des contacts correspondants de l'interrupteur disposé au poste de commande, l'exécution de l'ordre étant "acquittée" par l'interrupteur de fin de course disposé en série avec le vérin hydraulique; par consequent, cette solution ne permet qu'un mouvement pas à pas. Un autre inconvénient de cette solution réside dans'le fait que la structure de la commande électrique est très compliquée du fait que le système comporte de nombreux contacts, interrupteurs et conducteurs électriques. Outre cette complexité, le risque de mauvais fonctionnement est très élevé, et les réparations nécessitent l'emploi d'un personnel qualifié et spécialisé. L'inconvénient des systèmes de commande des engins nautiques des dispositifs de propulsion et des fonctions de commande qui s'y rattachent réside dans le fait que, lorsque les unités de commande correspondant aux fonctions de commande particulières sont disposées de manière indépendante les unes des autres, elles ne peuvent être actionnées qu'à condition que l'usager spécialisé possède une tres grande capacité de concentration. Dans le cas où les unites de commande sont totalement ou partiellement reliées, il se manifeste des inconvénients du fait que les solutions connues et utilisées dans le domaine des commandes complexes sont compliquées; d'une part, elles comportent de nombreuses sources d'erreur, d'autre part, le système malgre sa complexité ne peut pas résoudre le problème posé, en ce qui concerne la rapidité et la sensibilité désirées. Comme exemple, on peut citer le cas dans lequel, pour des raisons de construction, les flux d'eau sortant des différents canaux ne forment pas un même angle avec la ligne droite, et seules les composantes horizontales du vecteur de force interviennent pour l'entraînement de l'engin nautique; dans ce cas particulier, l'unité de commande doit compenser egalement l'asy métrie résultante. Pour résoudre les problèmes cités comme exemples, les systèmes de commande connus ne sont pas du tout appropriés ou bien leur application se heurte à des difficultés de manoeuvre très considérables. Le but de l'invention est de réaliser un dispositif de commande qui est en mesure d'éviter les inconvénients des appareils connus, et grâce auquel on peut assurer facilement, dans un jntervalle de temps convenable, et avec une sensibilité appropriée, compte tenu des données humaines et techniques réalisables, l'exécution, dans des engins nautiques, des processus nécessitant une manoeuvrabilite spéciale, en particulier pour des systemes de propulsion à canal transversal; ce but est atteint grâce au fait que la direction et l'amplitude de la force de poussée fournie par les flux d'eau envoyés à l'exterieur sont réglables de manière non-étagée. Un autre but de l'invention~est de créer un dispositif de commande qui ne présente pas seulement une bonne manoeuvrabilité, mais qui, en outre, soit le plus approprie du point de vue technique et offre la plus grande sécurité de fonctionnement possible. Par ailleurs, l'invention vise à créer un dispositif de commande agencé de façon telle que, lorsque les flux d'eau sortant des différents canaux ne forment pas un même angle avec la ligne droite, on puisse compenser l'asymétrie qui en résulte. L'invention est basée sur la découverte que la commande à l'aide d'une seule main est la plus efficace, et cela de telle manière que, d'une part, l'action soit conjuguée avec les fonctions de commande des mouvements d'alternance et de rotation, ou avec des mouvements exécutés simultanément dans les deux directions et que, d'autre part, l'exécution des tâches prédétermi- nées soit assurée par la fonction de commande voulue, coordonnée et simultanée des éléments disposés coaxialement et de manière convenable. L'invention concerne donc un dispositif pour la commande d'un systeme de propulsion par réaction à canal transversal, notamment pour commander de manière coordonnée, en vue de la détermination du mouvement de l'engin nautique, les éléments ouvrant et fermant les canaux du système de propulsion précite, dans lequel le -mouvement est assuré au moyen d'un ensemble determinant la commande, la canalisation de transmission du fluide de commande ainsi que par l'ensemble exécutant la commande. L'ensemble de commande comporte un bras de commande dispose coaxialement dans un plan vertical, muni de profilés en forme d'arc de cercle et qui détermine l'amplitude de la force de poussée; on prévoit en outre un disque de commande définissant des courbes judicieusement choisies et qui présente, en outre, une arête de commande dont la configuration correspond à la forme périphérique et une pièce intermédiaire de commande. Sur cette pièce intermédiaire de commande sont articulés au moins deux éléments de commande et chacun de ces éléments de commande est relié à une soupape de réglage montée de manière convenable. Selon un mode de réalisation avantageux, l'ensemble exécutant la commande est muni d'un mécanisme de réglage fonctionnant avantageusement de manière proportionnelle à la pression et relié à la canalisation de transmission du fluide de commande; en outre, on prévoit un mécanisme actionne par ledit mécanisme de réglage et nmandépar un élément déterminant la position qui est disposé sur l'élément de base du support de soupape, muni d'au moins deux soupapes et actionnant l'élément d'ouverture et de fermeture. L'invention sera décrite ci-après en référence au dessin ci-joint sur lequel: la Figure 1 représente schématiquement l'ensemble déterminant la commande, et la Figure 2 représente, également de manière schématique, l'ensemble exe- cutant la commande. Comme on peut le voir sur les Figures 1 et 2, le dispositif de commande est composé de l'ensemble déterminant la commande 1 et de l'ensemble de commande 2 qui sont reliés entre eux par les canalisations de transmission de fluide de commande 18. Le fonctionnement de l'ensemble 1 est assuré par l'arbre de commande 3 qui est relié par l'intermédiaire de l'arbre de bras de commande 4 et le profilé en forme d'arc de cercle 6 aux galets ou rouleaux 8 coopérant avec le profilé en arc de cercle, qui sont disposés sur l'axe de commande 7.A l'axe de commande 7 est reliee, par l'intermédiaire du palier d'axe 14, la pièce intermédiaire de commande 9 qui est assujettie par une liaison convenable et à laquelle sont relies les éléments de commande 13; ces derniers sont liés par leur face inférieure à l'élément de transmission de la commande 19 qui est monté dans les ensembles de réglage 17, et au galet 20 adjoint à l'élément; parleur face supérieure, ces éléments coopèrent tangentiellement avec l'arête de commande 12. L'arête de commande 12 est formee sur la face inférieure du disque de commande 11, lequel est en liaison par sa face supérieure avec l'élément tournant 5 qui est, à son tour, en liaison prédéterminée avec le bras de commande 3 par l'intermédiaire de l'arbre 4 du bras de commande logé dans l'élément tournant 5. Le libre mouvement du bras de commande 3 est assuré par l'ouverture 26. L'ensemble de commande 2 est relié à la canalisation de transmission de fluide de commande 18 par l'intermédiaire de l'ensemble de réglage fonctionnant de manière proportionnelle à la pression 21 qui est en liaison tangentielle avec l'ensemble de réglage 25 monté sur l'élément de support 27 et qui détermine la position par l'intermédiaire d'un élément 23 mobile sur la broche du dispositif de réglage et determinant la position. Sur l'élément de support 27 est disposé de manière mobile l'élément de fixation 24; une des extrémités de l'élément de rétro-couplage 29 est reliée à la broche de l'élément de fixation 26 et son autre extrémité au dispositif 30 actionnant l'élément d'ouverture et de fermeture 32; la tige 31 de l'ensemble précite est en liaison détachable avec l'élément d'ouverture et de fermeture 32 disposé dans le canal transversal 33. L'élément de support 27 et l'élément de rétrocouplage29 sont reliés de manière detachable par l'élément de liaison 28. Le fonctionnement est explique en référence aux représentations schématiques des Figures 1 et 2. Pour la bonne forme, il convient de noter qu'un système de propulsion à réaction à canal transversal peut fonctionner de deux manières différentes. Dans un cas, on obtient la force de poussée "O" par le fait que tous les canaux se trouvent ouverts, les forces produites par les flux d'eau envoyés à l'extérieur se compensant les unes les autres. On obtient une force de poussee dans une direction quelconque par le fait que le canal se trouvant du côté opposé à la direction désirée d'application de la force est maintenu ouvert, les autres canaux étant partiellement ou totalement fermés. L'ouverture simultanée de plusieurs canaux produit une force de poussée qui est la résultante de la somme vectorielle des forces de réaction des flux d'eau des dif férents canaux. On peut ainsi régler à volonté la direction de la force de poussee dans une gamme de O à 360" grâce à un réglage approprié. Dans le deuxième cas, pour obtenir une force de poussée nulle, on ferme tous les canaux et on peut alors produire une force de poussée voulue, dans la direction désirée, par l'ouverture du ou des canaux correspondants. Le dispositif de commande selon l'invention convient aux deux modes de fonctionnement. Son action sera décrite en détail en référence à la première variante. La commande du système de propulsion à canal transversal est réalisée au moyen de l'ensemble 1 déterminant la commande disposée au poste de commande et de l'ensemble d'exécution de commande se trouvant dans les canaux du système de propulsion. Toutes les fonctions de commande sont assurées par le bras de commande 3, et cela par le fait que ce bras de commande 3 - qui est mobile dans les deux sens autour de l'arbre 4 - met en mouvement le galet associé au profilé en forme d'arc de cercle 6, par l'intermédiaire dudit profilé et la pièce intermédiaire de commande 9 en fonction de l'amplitude du chemin du déplacement par l'intermédiaire de l'axe de commande 7 logé dans le palier 14; de ce fait, on modifie la position de I'élément de commande 13 qui est en liaison tangentielle avec l'ensemble de réglage 17 associe; sa position est déterminée dans un plan, contre l'action du ressort 16 associé à la pièce intermédiaire. Les ensembles de réglage sont en nombre correspondant à celui des canaux transversaux et sont articulés sur l'élément intermédiaire. Par l'effet du processus précité, l'ensemble de réglage 17, grâce à la liaison tangentielle entre le disque de commande 11 et l'arête de commande 12, est mis en marche à l'aide de l'élément de transmission de commande 19 et du galet 20 associé audit élément. Grâce au processus de réglage qui vient d'être décrit, on peut régler l'amplitude de la force de poussée, alors que par rotation du bras de commande 3 autour de l'arbre vertical, au moyen de l'arbre 4 et de l'élément tournant 5 logé dans l'élément de rotation 10, la variation de la distance entre l'ensemble de réglage 17 et l'arête de commande 12 assure - par l'intermédiaire des éléments de commande 13 - l'ordre d'ouverture et de fermeture des canaux transversaux 33. Du fait du processus de commande précite et de la rotation du bras de commande 3, la distance "a" entre l'ensemble de réglage 17, qui peut avantageusement être une soupape de réduction à réglage fin, et de l'arête de commande 12 varie et, même si la pièce intermédiaire de commande 9 ne se déplace pas, l'amplitude du coulissement de l'élément de transmission de la commande 19 (notamment sous l'effet de la pression appliquée) varie. Si, lors de la rotation du bras de commande 3, l'arête de commande -12 se trouve dans le même plan vertical que l'élément de transmiss-ion de la commande 19, ce dernier ne subit aucune pression, même lorsque l'élément de commande 13 effectue un mouvement vers le bas simultanément avec la pièce intermédiaire de commande 9; par conséquent, l'ordre de commande n'est pas délivré; dans l'exemple decrit, cet effet se manifeste dans le cas où l'ensemble de réglage 17 (la soupape de réduction à réglage fin) ne fournit pas de pression. Quand au cours de la rotation du bras de commande 3 la distance "a" atteint sa valeur la plus élevée, la course de l'élément de transmission de commande dans la position donnee de la pièce ;ntermédiaire de commande 9 est maximale. Compte tenu du fait que le mouvement de la tige 31 du dispositif 30 - associée, par exemple, à un vérin hydraulique - qui actionne les éléments de fermeture et d'ouverture 32 disposés dans le canal transversal, est proportionnel à la pression produite par l'ensemble de réglage 17 (comprenant, par exemple, une soupape de réduction à réglage fin), l'élément d'ouverture et de fermeture 32 ne quitte pas la position ouverte si la distance "a" est nulle. Pour la valeur maximale de la distance "a", dans le cas où l'élément de commande intermédiaire 9 est repoussé simultanément par le profilé en forme d'arc de cercle 6, l'élément d'ouverture et de fermeture 32 ferme le canal transversal; de cette manière, on peut obtenir que le deplacement du bras de commande 3 dans le plan vertical ne met en mouvement que ces éléments d'ouverture et de fermeture 32 alors que, dans l'ensemble de réglage 17, la distance "a" est nulle. De cette manière, on obtient la position d'ouverture et de fermeture des éléments d'ouverture et de fermeture 32 en séquence prédéterminée, grâce à la configuration convenable de la projection de l'arête de commande 12 sur un plan horizontal. On expliquera ci-dessous le fonctionnement de l'ensemble de commande au cours de la description de l'ensemble de détermination de commande et de ses correlations de fonctions avec les éléments d'ouverture et de fermeture 32. Sur la base de la commande connue, l'ensemble de réglage 17 fournit une commande déterminée a l'ensemble d'exécution de commande 2 adjoint, associé au canal transversal et relié à l'ensemble précité par l'intermédiaire de la canalisation 18 (le signal de commande, par exemple la pression, arrivant dans le mécanisme de réglage proportionnel à la pression 21); le mouvement du bras de réglage 3 fait tourner l'une des extrémités de l'élément 23 déterminant la position autour de la broche du mécanisme de réglage, ce qui produit un mouvement de l'autre extrémite linéaire en fonction de la pression. Au cours du mouvement de l'élément 23 déterminant la soupape coulissant sur l'élément de fixation 24 et montée sur l'élément de support 27 est ouverte et, en fonction de la commande, elle met en mouvement le mecanisme 30 actionnant l'élément d'ouverture et de fermeture 32, par exemple par admission d'huile sous pression dans l'appareil hydraulique. Du fait de la commande de la soupape 25, la tige 31 se déplace et, par ce mouvement, le canal transversal 33 est ouvert ou ferme au moyen de l'élément d'ouverture et de fermeture 32. Après l'accomplissement du mouvement de la tige 31, l'élément de rétro-couplage 29 relié à l'extrémité supérieure de la tige du mécanisme 30 tourne autour de la broche de l'élément de fixation 26; en correspondance avec la rotation décrite, l'élément de support 27 avec la soupape 25 est mis en mouvement par l'élément de liaison jusqu'à ce que l'axe de la soupape s'éloigne de l'élément déterminant la position 23; la soupape 25 ferme alors le trajet de l'huile, ce qui termine le mouvement.En concordance avec l'ordre de commande, le processus du mouvement de l'élément déterminant la position 23, cooperant avec la soupape 25, détermine un ordre d'ouverture ou de fermeture et assure que l'élément d'ouverture et de fermeture 32 parvient, en accord avec le mouvement de la tige 31, à une position correspondant à l'arbre de commande. Le dispositif est adapté à la commande de canaux transversaux dont le nombre est égal à 3 + n, "n" étant un nombre arbitraire de base limité par la pratique et les possibilités de réalisation. Il peut arriver que, pour des raisons de construction, les flux d'eau sortant des différents canaux fassent un angle inégal avec la ligne droite; dans ce cas, seule la composante horizontale de la force de poussée produite par les flux d'eau sortant des canaux transversaux obliques participe à l'entraînement de l'engin nautique. Pour pouvoir obtenir l'équilibre du système lors de la production d'une force de poussée nulle - c'est-à-dire quand tous les canaux sont ouverts - il faut que les canaux transversaux à écoulement horizontal soient partiellement fermés, grâce à quoi la perte de poussée resultant de l'obliquité des autres canaux peut être compensée. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que l'on a prévu une possibilité d'ajuster le mécanisme de réglage par rapport à la ligne médiane de l'axe de commande 7 et de fixer cette dernière dans cette position (partie gauche de la Figure 1). Il en résulte la situation avantageuse suivante: lorsque la distance entre la ligne médiane et l'unité de réglage 17 augmente, on peut disposer l'arête de commande 12 du disque de commande 11 également plus loin vers l'intérieur à partir de l'endroit ou l'élément de transmission de commande 19 de l'ensemble de commande 17 supporte l'élément de commande 13. Simultanément, on réalise en quelque sorte une sollicitation préalable de l'élément de transmission de commande 19 dans la position verticale "O" du bras de commande 3 en soulevant le mécanisme de reglage 17. Le signal de commande, tel qu'une pression, provenant de l'unité de reglage 17 amene l'élé- ment d'ouverture et de fermeture 32 correspondant dans une position partiellement fermée, grâce à quoi l'équilibre entre le canal horizontal et le canal oblique a lieu. Le réglage exact et l'état de sollicitation préalable peuvent être obtenus par la détermination appropriée de la position de l'unité de réglage 17.Lors de la rotation du bras de commande 3 autour de son arbre ou axe - quand, dans la position "O", on a ltintention d'ouvrir le canal transversal 33 partiellement fermé - la sollicitation préalable de l'élément de transmission de commande 19 de l'unité de commande 17 est supprimée par l'élément de commande 13 se déplaçant vers le bas avec la pièce intermédiaire de commande 9, en rotation autour du point de contact de l'arête de commande 12. Le mécanisme de réglage 17 ne fournit plus un signal de commande; par interconnexion de l'unité de commande 2, on ouvre le canal transversal 33 avec l'aide de l'élément d'ouverture et de fermeture 32. Les experiences effectuées avec le dispositif de commande selon l'invention ont confirmé qu'il permet d'obtenir les avantages enumérés dans l'exposé des buts de l'invention. Il présente toutes les caractéristiques avantageuses grâce auxquelles on peut réaliser les différentes manoeuvres des engins nautiques spéciaux. Les ordres fournis en liaison avec les manoeuvres peuvent être exécutés - aussi bien en ce qui concerne la vitesse que la sensibilité de la manière désirée, beaucoup plus avantageusement qu'auparavant, du fait de la possibilité de réglage fin. Le dispositif selon l'invention est en mesure - avec une sollicitation preliminaire appropriee - de compenser 1 'asymétrie des forces de poussée résultant de la différence d'angle des canaux. Dans l'ensemble, le dispositif de commande selon l'invention résoud les problèmes posés avec une efficacité remarquable, par comparaison avec les solutions connues jusqu'à présent. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation mentionnes ci-dessus, qui peuvent faire l'objet de nombreuses variantes. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de commande d'un système de propulsion par réaction comportant au moins un canal transversal, notamment pour la commande déterminant le processus de mouvement d'un engin nautique, et agissant sur des éléments d'ouverture et de fermeture des canaux de propulsion par flux d'eau prévus dans ledit engin nautique, dispositif dans lequel le processus de mouvement est commandé par un ensemble de détermination de commande, une ligne de transmission d'un fluide de commande, ainsi qu'un ensemble d'exécution de commande, caractérisé par le fait que l'ensemble de commande comporte un bras de commande disposé coaxialement dans un plan vertical, déterminant la valeur de la force de poussée et muni de profilés en forme d'arc de cercle, par le fait qu'il est prévu un disque de commande déterminant la direction de la force de poussée, définissant des courbes prédéterminées et qui présente une arête de commande définissant une périphérie correspondante, par le fait qu'au moins deux éléments de commande sont articulés sur une pièce intermediaire de commande, et par le fait qu'à chaque élement de commande est adjoint un mécanisme de réglage, tel qu'une soupape de réduction à réglage fin. 2.- Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'ensemble de commande est muni d'un mécanisme de réglage reliéà la canalisation de transmission de fluide de commande, fonctionnant de préférence de maniere proportionnelle à la pression, et qui règle un élément déterminant la position, par le fait qu'un élément de support comporte au moins deux soupapes, et parle fait qu'il est également prévu un dispositif actionnant les éléments d'ouverture et de fermeture.