Brevet FR2375649A1 — publié le 19780721

la présente invention concerne des appareils munis d'un gouvernail destiné à les orienter en fonction de la direction de la vitesse d'un courant de fluide dans lequel ils sont placés, en particulier des aérogénérateurs, des anémomètres, dss courantomètres. La réponse de ces appareils aux variations d'orientation de la vitesse du courant dans lequel ils sont placés dépend essentiellement des caractéristiques de ce courant, notamment des lois de variation de son orientation et de la pression dynamique, ainsi que des caractéristiques mécaniques de ces appareils, notamment de leur inertie autour de leur aie d'orientation ainsi que de leur coefficient d'amortissement. A cause de ces caractéristiques, la réponse de ces appareils, aux variations d'orientation de la vitesse du courant, steffectue parfois avec une accélération et une vitesse importantes, et le plus souvent amplifiées par rapport à celles du courant, tout en entraînant généralement des-écarts d'orientation. Or cette accélération et cette vitesse d'orientation engendrent des forces d' inertie gênantes, en particulier lorsque les appareils orientés comp-ortent des organes tournant autour d'un axe de rotation différent de l'aie d'orientation. Par ailleurs, les écarts d'orientation introduisent des erreurs, si les appareils orientés sont des appareils de mesure, ou engendrent des efforts dynamiques complémentaires, dans les autres cas. La présente invention a pour but de pallier ces divers inconvénients, et donc de réduire ces vitesses et écarts angulaires d'orientation et concerne, à cet effet, un appareil destiné à être placé dans un courant de fluide et équipé d'un gouvernail agencé pour orienter l'appareil autour d'un aie d'orientation en fonction de la direction de la vitesse du courant, caractérisé par le fait que le gouvernail comporte au moins une partie mobile contre l'action de moyens de rappel élastique. Gracie à cet agencement, l'incidence du courant sur la partie mobile du gouvernail peut être modifiée. La force de rappel de l'appareil, qui est fonction de la force- dynamique, par exemple la force aérodynamique dans le cas d'un aérogénérateur, s'exerçant sur la partie mobile, peut donc être modifiée, sans pour autant que le couple de rappel ne s'annule, les moyens de rappel élastique de la partie mobile évitant que cette partie mobile ne se positionne sui vant une incidence du courant nulle.La force de rappel de 1' appa- reil de l'invention déterminant la fréquence de son mouvement d'orientation et, par conséquent, sa Vite.;3r angulaire, l'angle d'incidence du courant sur la partie mobile pouvant être réduit, la vitesse angulaire de l'appareil autour de son axe d'orientation peut aussi entre réduite0 Dans ce cas, on admet que l'écoule- ment ne comporte pas de forces excitatrices suffisamment cohérentes- pour entretenir des oscillations et que, par conséquent, s 1 l'amortissement naturel du mouvement principal de ltappa- reil de l'invention suffit à assurer un bon fonctionnement. Dans une forme de réalisation préférée de l'appareil de l'invention, il est en outre prévu des moyens agencés pour com musiquer à la partie mobile du gouvernail un couple proportionnel à la vitesse d'orientation de l'appareil, introduisant ainsi une force qui, s'opposant à la force de rappel de la partie mobile, détermine la variation d'incidence du courant sur la partie mobile, variation qui se trouve donc être proportionnelle à la vitesse d'orientation de l'appareil, tout comme, par conséquent, la variation de la force dynamique s'exerçant sur la partie mobi leO Finalement, le couple général communiqué à l'appareil de l'invention comporte un terme proportionnel à la vitesse d'orientation de l'appareil, ce qui est l'un des résultats visés par la présente invention. Il peut être avantageux de disposer en parallèle sur les moyens de rappel élastique de la partie mobile du gouvernail des moyens agencés pour amortir l'action de ces moyens de rappel. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation préférée de l'appareil de l'invention, représentée sur le dessin annexé, sur lequel - la figure I est une vue schématique d'un aérogénérateur de l'invention, et - la figure 2 représente schématiquement l'amortisseur rotatif de l'aérogé@rateur de la figure 1, avec ses organes de transmission, destiné à introduire une force d'amortissement. La figure 1 représente un aérogénérateur 1 de l'invention comprenant un support 12 et une hélice 2 munie de pales 3 et 4 et pouvant tourner autourrd'un axe de rotation horizontal 5, L'hél - ce 2 ï le support 12 sont montés rotatifs autour d'un axe d'orientation vertical 6 d'un pivot d'orientation 13, par conséquent différent de l'axe de rotation 5. L'aérogénérateur 1 est équipé d'un gouvernail 7 destiné à l'orienter, autour de l'axe 6, en fonction de la direction de la vitesse du courant dans lequel l'aérogénérateur est destiné à être placé. Le gouvernail 7 comporte, par exemple, un profilé 8, solidaire en rotation autour de l'axe 6, de l'hélice 2, par l'intermédiaire du support 12, le profilé 8 supportant, par l'intermédiaire d'un pivot 14 un volet 9 monté mobile en rotation autour de l'axe 10 du pivot 14 parallèle à l'axe 6 d'orientation de l'sérogénérateur. Le volet 9 est monté pivotant contre l'action d'un ressort de rappel 11, dont le but sera précisé ci-après. Un amortisseur rotatif 15 est installé sur le pivot d'orien- tation 13 de lanière à pouvoir communiquer aa volet 9 du gouvernail 7 un couple proportionnel à la vitesse d'orientation de l'aérogénérateur, autour de l'axe 6, par l'interzédiaire d'un système de transmission comportant une poulie 16, solidaire du pivot 14 du volet 9 des poulies de renvoi 47 et 18 et un câble 19. La forme de réalisation de l'appareil de l'invention représentée sur le dessin est un sérogénérateur, mais il est clair que l'invention s'applique aussi bien à un anémomètre, à un courantomètre, ou tout autre appareil devant être orienté dans un courant de fluide. Par ailleurs, les moyens de rappel élastique du volet 9 du gouvernail ne se limitent pas à un simple ressort de rappel 11, et ils pourraient également se présenter sous la forme par exen- ple d'un véritable dynamomètre ou couplemètre. L'amortisseur rotatif 15, enfin, n'est pas limitatif des moyens de communication au gouvernail 7 d'un couple proportionnel à la vitesse d'orientation de l'hélice 2 de l'aérogénérateur 1, conformément à l'invention, tout capteur du mouvement principal de l'hélice 2 pouvant parfaitement convenir Quant aux moyens de transmission, ils ne se limitent pas non plus au câble de traction 19 suivant l'organe de réception soli- daire du volet 9, en l'occurrence la poulie 16 dans la forme de réalisation représentée, ils peuvent aussi conformément à l'invention, se présenter sous forme de barres de torsion, ou même de dispositifs électriques ou hydrauliques, s'il s'agit d 'une transmission par asservissement. Il faut aussi noter que l'amortisseur rotatif 15, constitué de préférence p un organe à accouplement magnétique, peut Oga- liement être constitué par plusieurs amortisseurs linéaires. Le fonctionnement de l'sérogénérateur 1 qui va maintenant être décrit permettra d'apprécier davantage les caractéristiques de la présente invention. Avant de disposer l'aérogénérateur 1 sur son site opération- nel, le volet 9 est dans le prolongement du profilé 8. Dès que le vent exerce son action sur le gouvernail 7, le volet 9 tourne autour de l'axe 40 du pivot 14 dans un sens tel que l'incidence du vent sur le volet 9 tend à devenir nulle. Cependant, le ressort 11, par la force de rappel, enpêche le volet 9 de se positionner suivant cette incidence nulle, de sorte qu'une force aérodynamique s'exerce toujours sur le volet 9. Cette force aérodynasique, qui correspond à une incidence du vent réduite, engendre une ferce de rappel, également réduite, qui détermine, par l'intermédiaire de la fréquence de son mouvement, la vitesse d'orientation angulaire de l'aérogénérateur 1 autour de l'are 6.Grace au volet mobile 9, la vitesse d'orientation de l'aérogénérateur se trouve par conséquent aussi réduite . il faut, en outre, souligner que, compte tent de la distance relative des deux pivots 13 et 14 qui peut être déterminée selon les besoins, les forces nécessaires pour erienter l'sérogénérateur sont très faibles, grâce à la présence du volet 9 très maniable. Pendant la rotation de l'aérogénérateur i autour de l'axe 6, l'amortisseur 15 communique au volet 9, par l'internédiaire du câble 19 et des poulies 16, 17, 18, un couple proportionnel à la vitesse d'orientation du support 12 et de l'hélice 2 de l'aérogénérateur, ce qui introduit, an niveau du volet 9, une force s'opposant à la force de rappel du volet, et qui entraîne une variation d'incidence de l'écoulement sur le volet 9, et par conséquent, une variation de la force aérodynamique s'exerçant sur ce volet.Le couple général communiqué à l'séregénérateur par le volet comporte donc un couple aérodynamique de rappel r*- duit, ainsi qu'un couple d'amortissement proportionnel à se vitesse d'orientation, résultat qui est visé par la présente invention. L'action de la force aérodynamique s'exerçant sur le volet 9 peut être amortie par un dispositif, non représenté sur le dessin, et qui serait disposé en parallèle sur le ressort 11. On conçoit aisément que le volet 9 de l'sérogénérateur de l'invention soit particulièrement efficace par grand vent, alors qu'il ne Joue pratiquement aucun rôle par vent très faible. On a représenté sur le dessin un volet mobile sur un pivot d'axe parallèle à l'axe d'orientation de l'appareil. On peut également concevoir, sans sortir du cadre de l'invention, un volet mobile autour d'un axe différent, par exemple orthogonal à cet axe d'orientation. En outre, ce volet peut aussi etre articulé avec son support, en l'occurrence le profilé, non plus par l'intermédiaire d'un pivot mais par celui d'une charnière élastique, de préférence en élastomère0 RtVENI)ICATION 1.- Appareil destiné à entre placé dans un courant de fluide, notamment un aérogénérateur, équipé d'un gouvernail agencé pour orienter l'appareil autour d'un axe d'orientation en fonction de la vitesse du courant, caractérisé par le fait que le gouvernail comporte au moins une partie mobile contre l'action de moyens de rappel élastique. 2.- Appareil selon la revendication 1, dans lequel sont, en outre, prévus des moyens agencés pour communiquer à la partie mobile du gouvernail un couple proportionnel à la vitesse d'orientation de l'appareil. 3.- Appareil selon la revendication 2, dans lequel les dits moyens comprennent un capteur de la vitesse d'orientation de l'appareil. 4.- Appareil selon la revendication 3, dans lequel le dit capteur est disposé sur l'axe d'orientation de l'appareil. 5.- Appareil selon la revendication 4, dans lequel la partie mobile du gouvernail est asservie au capteur. 6.- Appareil selon la revendication 4, dans lequel le capteur communique le couple proportionnel à la vitesse d'orientation de l'appareil à la partie mobile du gouvernail, directement par l'intermédiaire d'organes mécaniques. 7.- Appareil selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel le capteur est un amortisseur rotatif. 8.- Appareil selon la revendication 7, dans lequel l'amortisseur rotatif est constitué par plusieurs amortisseurs linéaires. 9.- Appareil selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel les organes mécaniques comprennent un câble de traction reliant le dit capteur à une poulie solidaire de la partie mobile du gouvernail. 10.- Appareil selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel sont prévus des moyens d'amortissement de l'action des dits moyens de rappel élastique. 11.- Appareil selon l'une des revendications 1 à 10, sous forme d'un aérogénérateur, dans lequel le gouvernail est constitué par un profilé, solidaire en rotation du support de l'hélice de l'sérogénérateur et un volet mobile articulé avec le profilé. 12.- Appareil selon la revendication 11, dans lequel le volet est mobile sur un pivot d'axe parallèle à l'axe du dit support et solidaire du profil. 13.- Appareil selon la revendication 11, dans lequel le volet est articulé avec le profilé par l'intermédiaire d'une charnibre élastique.