Brevet FR2396688A1 — publié le 19790202

La présente invention est relative à des roues à aubes pour la propulsion de corps flottants. On dit que les roues à aubes auraient été connues des égyptiens mais aucun document certain n'est parvenu. Il est plus probable que l'emploi des bateaux à roues à aubes par les chinois remonte à la haute époque, comme 1 1indiquent des documents graphiques. Des bateaux à plusieurs paires de roues y étaient connus il y a de nombreux siècles. I1 existait encore au debut de ce siècle sur certains fleuves de Chine de grandes jonques à quatre roues immenses, mues par la force humaine et dont la construction paraît inspire par de très vieilles traditions. Des liburnes étaient des navires de combat employés par les romains au combat d'Actium (31 av.J.C.). Elles portaient sur les cotés trois paires de roues à aubes actionnees par trois paires de boeufs agissant sur un manège. Un français etabli à Rotterdam, de SON, y construisit en 1653 un bateau fusele à roue à aubes articulées parallèlement à l'axe de rotation de la roue, et destiné à la navigation à grande vitesse et à l'abordage. En 1693, du QUET proposa des galères des roues à quatre pales dont les manivelles étaient reliées à de grands châssis actionnés par les galériens. Une expérience comparative fut faite le 12 février 1693 à Marseille entre une galère équipee de roues et une galere à rames1 la "Superbe". Dans le port, les roues gagnaient en vitesse sur les rames, mais en mer la galère à rames l'emportait.En outre, du QUET avait propose des roues dont les aubes s'effaçaient en se retirant pour éviter l'en- traînement de l'eau. De nombreux chercheurs ont inventé et essayé des systèmes de rames meca- niques. Les "Recueils des machines approuvées par l'Académie des Sciences de Paris" présentent de nombreux exemples de rames mécaniques inspires vers 1700 du développement des galères. Notamment, en 1703, de CAMUS présenta une machine à ramer imitant le mouvement réel des rames de galères. Le problème de l'ef- facement des aubes était de nouveau directement posé sans être resolu car une rame ne pénètre que superficiellement dans l'eau. En 1778, JOUFFROY d'ABBANS commença des essais de bateaux à roue sur le Doubs; le 15 juillet 1783, il remonta la Saune avec un bateau à roue à aubes articulées verticales, c'est-àdire dont l'articulation est parallèle à l'axe de rotation de la roue comme le montre une maquette conserve à Paris. L'anglais MILLER établit à partir de 1786 une série de bateaux à coques parallèles entre lesquelles il plaçait des roues à aubes. L'un d'eux alla par mer jusqu'à Stockholm en essuyant une tempête ce qui démontra la nécessité d'une protection efficace des roues. Cependant, c'est à FULTON qu'est dû le premier bateau à vapeur à roue après des essais comparatifs entre des chaînes à aubes et des roues en 1802 à Plombières. Dès 1808, une ligne régulière était établie sur l'Hudson, c'està-dire en eau calme. Peu après furent construits les "steam-boats", bateaux très bas, plats et longs, avec un tirant d'eau le plus faible, et toujours a roues, celles-ci étant énormes. Les roues étaient placées à l'arrière du bateau et protegées contre les risques de talonnages. En cas d'avarie, les aubes étaient facilement accessibles. Les essais en mer de bateaux à roues furent plus difficiles. Les 17 et 18 mars 1819, le trois mâts mixte "Savannah" traversa l'Atlantique tantôt à la roue, tantôt à la voile; ses roues démontables pouvaient être hissées en quelques minutes sur le pont pour eviter une destruction par grosse mer. Par la suite SMITH traversa, sur le vapeur à roue "Sirius", l'Atlantique du 5 au 26 avril 1838 suivi quatre jours plus tard par le "Great Western" qui fut le premier transatlantique construit pour cet usage. D'autres bateaux à roues destines a traverser l'Atlantique furent construits et utilisés. En 1859, le "Great Eastern" fut inauguré. Ce paquebot mesurait 211 m de long sur 25m de large; le diamètre des roues était de 17m et celui de l'hélice de 7m. A la dix-neuvième traversé, les roues furent entièrement emportées, ce qui montre la vulnérabilité des roues malgré des précautions dans la réalisation. I1 fut detruit en 1888. Toutes les réalisations connues ont utilisé un arbre au-dessus de la surface de l'eau; lorsqu'en raison des vagues ou de la houle,l'eau s'élevait audessus du diamètre horizontal de la roue à aubes, une force opposee au mouvement du bateau apparaissait avec pour conséquence une perte partielle ou totale de la puissance motrice. Cet inconvénient était limité par la réalisation de roues à aubes de très grandes dimensions, telles celles du "Great Eastern" précédemment évoqué. De ce fait, les bateaux à roue n'ont survécu après la mise au point de l'hélice que sur des rivières ou des lacs où un faible tirant d'eau etait nécessaire. La présente invention a pour objet une roue a aubes pour la propulsion de corps flottants en eau calme ou agitée, par exemple en haute mer. Contrairement aux solutions connues jusqu'à présent, I'invention propose d'immerger totalement ou partiellement la roue ce qui autorise son utilisation tant en eau calme qu'en presence de vagues ou de houle. Des roues à aubes conformesà l'invention peuvent être utilises en batteries le long du corps flottant à déplacer à faible vitesse. Un avantage essentiel de l'invention réside en la possibilité d'une utilisation de roues à aubes sur des corps flottants à ti rant d'eau élevé que l'on désire déplacer sans les introduire dans un navire porteur.Ces corps flottants doivent recevoir des moyens de propulsion exte- rieurs a leur enveloppe, la machinerie étant disposée à 1 'extérieur du corps flottant et non à l'intérieur de ce dernier. Plus précisément, I'invention est relative à un moyeu de roue pour la propulsion de corps flottants, à aubes orientables, disposées autour d'un arbre moteur horizontal. Un disque de guidage, de même axe que l'arbre moteur, peut recevoir un calage angulaire et coopère avec les extrémités d'arbre prolongées par les aubes pour provoquer leur effacement pendant au moins un demitour par une rotation de 900. Une modification par rotation de 1800 du calage angulaire du disque de guidage entrain un changement de sens de l'effort moteur lorsque la roue est completement immergée. I1 en résulte une bonne ma noeuvrabilité du corps flottant qu'il est ainsi pratiquement possible de faire virer sur place. Le disque de guidage comporte deux segments de came plane sur lesquels glisse au moins un galet de came carré solidaire d'un arbre prolonge par une aube, ledit arbre étant mobile autour de son axe dans un plan orthogonal à l'axe de l'arbre moteur et commandé en rotation de 900 lorsque le galet de came carré est libéré du contact plan avec la came plane, par engagement d'une roue dentée conique portée par le même arbre que le galet de came carre, dans les segments d'une couronne dentée disposée entre les segments de came plane. I1 existe au moins un diamètre du disque de guidage d'un côté duquel est dispose un seul segment de came plane tandis que de l'autre côté sont disposés l'autre segment de came plane et les deux segments de couronne dentee. Des détails supplémentaires sur l'invention seront donnés au cours de la description du dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif. Au dessin annexe présente à titre indicatif, La figure 7 est une coupe d'un moyeu de roue à aubes conforme à l'invention. La figure 2 est une coùpe d'un moyeu de roue à aubes selon BB de la figure 1. La figure 3 est une représentation schématique d'une aube lors de sa rotation autour de l'arbre moteur. - Les figures 4, 5 et 6 presentent le détail du mouvement des galets de came carré et de la roue dentee conique par rapport aux reliefs du disque de guidage. L'on trouvera in fine une nomenclature des différents reperes utilises au cours de la description. La figure 1 est une vue en coupe horizontale d'un moyeu de roue à aubes conforme à l'invention,sur laquelle l'on peut voir un arbre moteur (1) entraî- né en rotation par une machinerie non représentée. L'extrémité (2) de l'arbre (1) est cannelée de façon à entraîner un manchon (3) qui ne peut s'echapper axialement compte tenu de moyens appropriés de blocage, par exemple un écrou (4). Les extrémites (5) des arbres (6) prolonges par les aubes non représentées sur la figure 1 > peuvent tourner librement dans des paliers (7), par exemple des roulements à billes engagés dans des alésages radiaux prévus à cet effet dans le manchon (3) et dont les axes dans le méme plan forment des angles de 1200.Les arbres (6) sont dans un plan orthogonal à l'axe de l'arbre moteur (1). En outre, les arbres (6) ne peuvent être perdus du fait des deux parties (8) et (9) d'une bague d'ecartement et d'une bague de retenue (10). Chaque arbre (6) porte un galet de came carre (11-) et une roue dentee conique (12). Une cannelure intérieur (13) permet la fixation d'une aube par des moyens connus en soi. Afin de repartir les efforts, un palier (14), par exemple un roulement à billes, est disposé sur l'arbre (6) après la roue dentee (12). De ce fait, la roue dentée (12) et le galet de came carré (11) sont disposés entre les paliers (7) et (14). La figure 2 qui est une coupe sel on BB du moyeu de roue à aubes presente a la figure 1, montre les trois arbres (6) et leur montage, alors que sur la figure 1, seuls deux arbres avaient été représentes pour la simplicité du dessin. La figurez apparaît comme étant une coupe selon AOA du moyeu de roue a aubes présenté à la figure 2. L'ensemble du mecanisme est monté dans une boite etanche (15) comportant un système d'étanchéité (16-) par arbre (6) et un autre système d'étanchéité (17) autour de l'arbre moteur (1). Cette boîte etanche (15) compose-e de plusieurs éléments pour en permettre le montage, est solidaire du manchon (3). L'arbre (1) tourne dans un guide (18) qu'il est possible de caler angulairement et qui, d'une part, porte le système d'étanchéité 173 et un disque de guidage (19) qui coopère avec le galet de came carré 11) et la roue dentee conique (12), et, d'autre part, se raccorde au système moteur de l'arbre (1) qui n'est pas partie de l'invention. Le disque de guidage (19) est concentrique à l'arbre moteur (1) et est empêche de tourner sauf lorsque cela est requis, par exemple pour ralentir, changer le sens de déplacement ou pour faire virer le corps flottant. Le disque de guidage (19) porte quatre reliefs, savoir deux segments (20) et (21) d'une came plane et deux segments (22) et (23) d'une couronne dentee. Les segments de couronne dentée (22) et (23) coopèrent avec les roues dentees (12) qui sont coniques Les segments de came plane (20) et (21) coopèrent avec les galets de came carré (11). Sur un même arbre (6), une roue dentée (12) ne peut etre en contact avec un segment de couronne dentée (22) et (23) dès lors que le galet de came carré (11) glisse sur un segment de came plane (20) et (21), et réciproquement.Un segment de couronne dentée (par exemple 22) est disposé entre deux segments de came plane (20) et (21). Ainsi, un arbre (6) rencontre alternativement un segment de couronne dentée (22) , un segment de came plane (21), un segment de couronne dentee (23), un segment de came plane (20) et ainsi de suite, comme l'illustre la figure 3 sur laquelle on peut voir les dif férentes positions prises par une aube (24) en fonction de sa position par rapport au disque de guidage (19). Plus précisément, si 1 'on se reporte aux figures 4, 5 et 6, la cinematique du mouvement des aubes (24) est expliquée. On suppose alors que l'arbre moteur (1) tourne dans le sens indique par la fleche (S). La fonction principale du disque de guidage (19) est de faire tourner de 900 l'aube (24) autour de son axe lorsqu'elle passe en face d'un segment de couronne dentée (22) et (23). De façon à limiter l'angle de rotation de l'aube (24) autour de son axe, lorsqu'un segment de couronne dentée (22) et (23) ne coopère pas avec la roue dentee (12) portée par l'arbre (6) prolongé par l'aube (24), le galet de came carré (I1) glisse par l'une de ses surfaces (25) sur les segments de came plane (20) et (21) comme indiqué sur la figure 4.Lorsque le galet de came carre (11) atteint l'extrémité d'un segment de came plane, par exemple le segment (20) comme indiqué a la figure 5, l'aube (24) peut tourner librement. A cet instant, la roue dentée conique (12) s'engage sur le segment de couronne dentee (22) et la rotation est limitée à un quart de tour. Une fois la rotation de 900 de l'aube (24) achevée, la surface (25) du galet de came carré (11) qui etait pré cédemment parallèle à la surface du disque de guidage (19), lui est orthogonale; la surface (26) du galet de came carré (It) qui précède la surface (25) dans le sens de rotation de l'arbre (6), est parallèle à la surface du disque de guidage (19) et glisse sur le segment de came plane (21); et ainsi de suite. Par conséquent, l'aube (24) est alternativement effacée ou motrice selon sa position par rapport aux reliefs du disque de guidage (19). Si lon se reporte à la figure 3, une aube en position (U) est motrice, clest- -dire se presente dans un plan perpendiculaire à la direction du mouvement du corps flottant. Après le segment de la came plane (21), la roue dentée conique (12) coopère avec le segment de couronne dentée (23), ce qui fait tourner peu à peu (position W) l'aube (24) pour la mettre dans un plan parallèle à l & direction du mouvement du corps flottant. Dans cette position (X), l'aube (24) est effacée et ne présente aucune résistance.Après le segment de came plane (20) > l'aube (24) revient à la position (U) par une rotation de 90 comme indiqué en (Y). Ainsi l'angle (a) correspond à la phase de travail de l'aube (24), les angles (t) à la phase de transition de l'aube (24) entre une position (U) de travail et une position (X) effacée. Si l'on considère qu'une aube possede une forme sensiblement plane, se réduisant à un plan principal, ce dernier sera alternativement parallèle et orthogonal à la surface du disque de guidage (19). Les aubes (24) sont fabriquees de façon à pouvoir être demontées aisément. Leurs dimensions relativement faibles permettent facilement des traitements anti-corrosion. Lorsque la roue à aubes est entièrement immergée, la force motrice du corps flottant est la force de resistance de l'eau sous l'aube dont le plan principal est perpendiculaire au disque de guidage (19),moins la résistance de l'aube dont le plan principal est parallèle au disque de guidage (19). Cette derniere force est pratiquement négligeable sauf en cas de grosse mer. Lorsque 1 'on désire inverser le sens du mouvement de déplacement du corps flottant, le disque de guidage (19) reçoit une rotation de 1800 et est cale dans cette position pendant toute la durée de la propulsion dans le sens adopté. En effet, sur la figure 3, si l'on considere que la roue à aubes est complètement immergée, le corps flottant serait mu vers la droite. Si le disque de guidage (19) subit une rotation de 180-, I'aube (24) ne sera plus effacée dans la partie haute de son mouvement par rapport à l'arbre moteur (1), mais dans la partie basse, ce qui, pour un même sens de rotation de l'arbre moteur(l) > conduit le corps flottant à se mouvoir en sens inverse.Par exemple, si l'on désire ralentir le corps flottant à l'approche d'un mouillage, il suffira de tourner de 180 les disques de guidage de part et d'autre du corps flottant, ce qui accroît la résistance à l'avancement. En outre, il est remarquable selon l'invention qu'il existe au moins un diametre du disque de guidage (19) d'un coté duquel est disposé un seul segment de came plane (20) tandis que de l'autre côte sont disposés l'autre segment de came plane (21) et les deux segments de couronne dentée (22) et (23). Lorsque le corps flottant est mu par la roue a aube, le diamètre précédemment défini est sensiblement parallèle a la surface de l'eau dans laquelle sedéplace le corps flottant.Un changement du sens du mouvement de délacement du corps flottant n'affecte pas cette caractéristique du disque de guidageXpuisqutil y a lieu d'effectuer une rotation de 1800 du disquede guidage (19) autour de l'axe de l'arbre moteur (1) pour changer ce sens. NOMENCLATURE 1 arbre moteur 2 extrémité cannelée de l'arbre moteur 3 manchon 4 écrou 5 extrémité -de l'arbre (6) 6 arbre prolonge par une aube 7 palier 8,9 bague d'écartement 10 bague de retenue 11 galet de came carré 12 roue dentee conique 13 cannelure interieure 14 palier 15 boite étanche 16,17 système d'étanchéité 18 guide 19 disque de guidage 20,21 segments de came plane 22,23 segments de couronne dentée 24 aube 25,26 surface du galet de came carré a angle de travail de l'aube t angle de transition de l'aube S sens de rotation de l'arbre moteur U position motrice de l'aube position de transition vers l'effacement de l'aube X position effacée de l'aube Y position de transition de l'aube vers la position U REVENDICATIONS 1. Moyeu de roue pour la propulsion de corps flottants, à aubes orientables disposées autour d'un arbre moteur horizontal caractérisé par un disque de guidage, de même axe que l'arbre moteur, qui peut recevoir un calage angu laire et dont une surface coopère avec les extrémités d'arbres prolongés par les aubes pour provoquer leur effacement pendant au moins un demi-tour par une rotation de 900. 2. Moyeu de roue selon la revendication I caractérisé en ce que la modification par rotation de 1800 du calage angulaire du disque de guidage entrain un changement de sens de l'effort moteur lorsque la roue est complètement im merdée. 3. Moyeu de roue selon les revendications précédentes caractérisé en ce que le disque de guidage comporte deux segments de came plane sur lesquels glisse au moins un galet de came carré solidaire d'un arbre prolongé par une aube, ledit arbre étant mobile autour de son axe dans un plan orthogonal à l'axe de l'arbre moteur et commandé en rotation de 900 lorsque le galet de came carré est libéré du contact plan avec la came plane, par engagement d'une roue dentée conique portée par le même arbre que le galet de came carre, dans les segments d'une couronne dentee disposée entre les segments de came plane. l'ensemble 4. Moyeu de roue selon/es revelSications préceSdentes caractérisd en ce qu'il existe au moins un diamètre du disque de guidage d'un coté duquel est dis posé un seul segment de came plane tandis que de l'autre côté sont disposés l'autre segment de came plane et les deux segments de couronne dentée. 5. Moyeu de roue selon/5eesnreemendications précédentes caractérisé en ce que le diamètre du disque de guidage d'un coté duquel est disposé un seul segment de came plane et de l'autre côté l'autre segment de came plane et les deux segments de couronne dentée, est sensiblement parallèle à la surface de l'eau dans laquelle se déplace le corps flottant lorsque ledit corps flottant est propulsé par la roue a aubes.