Brevet FR2418877A1 — publié le 19790928

L'exploration spatiale a mis en lumière l'énormité des temps nécessaires pour parcourir les espaces interplanétaires. Cette durée pourrait être diminuée en augmentant la vitesse des véhicules circulant dans l'espace, mais il faudrait pour cela les soumettre à une accélération constante qui, même faible, mais s'ajoutant à la vitesse déjà acquise pour échapper à l'attraction terrestre, finirait par les entraîner à des vitesses bien supérieures. Le présent brevet a pour objet la présentation d'un mécanisme pouvant combiner plusieurs forces centrifuges de manière à leur faire produire une résultante d'intensité constante et de direction contrôlable, c'eat à dire à créer une force de gravité artificielle, dont l'usage est indépendant du milieu dans lequel elle s'exerce. La figure 1 est une vue très schématique donnant la disposition et le fonctionnement simultané des quatre éléments exactement semblables qui composent le système proposé. Ces éléments sont repérés par les lettres A, B, C, et D, qui serviront à les désigner plus simplement. Les figures 2 et 3 donnent un schéma expliquant la composition et le fonctionnement d'un quelconque des éléments. La figure 2 en donne une vue dans un plan perpendiculaire à l'axe 3. La figure 3 donne une vue dans un plan parallèle au plan des axes 2 et 3 . Ce plan est supposé avoir par- couru un angle de 450 depuis sa position initiale indiquée dans la figure 1, afin de dégager les masselottes,23 et 25. On voit qu'un élément se compose essentiellement d'un axe horizontal 2 en forme de poutrelle pouvant tourner à l'intérieur du bâti 1 qui le sou tiens l'axe 2 entraîne un axe 3 qui lui est perpendiculaire ainsi que les arbres 4 et 5 qui lui sont parallèles et qui sont contenus dans les plans des axes 2 et 3. L'axe 3 et les arbres 4 et 5 peuvent tourner à l'intérieur de l'axe 2. L'axe 2 est mu par la force mécanique à transformer. A partir de ce moment, toute la suite des opérations est commandée par la rotation de l'axe 2. En effet, celle-ci entrasse la rotation de l'arbre 4 fixé sur les roues dentées 6 et 7, et celle de l'arbre 5 fixé sur les roues 8 et 9. La roue 5 engrène sur une couronne dentée 10 rivée sur le bâti et transmet par l'arbre 4 et la roue 7 son mouvement aux roues dentées 11 et 12. La roue 8 engrène sur la couronne dent ce 13 rivée égalerert ur le bâti 1, et transmet par l'arbre 5 et la roue 9 son mouvement aux roues dentées 14 et 15 . Les roues 7, 11 et 12 sont équilibrées par une roue 19 tournant folle sur un axe fixé sur l'axe 2 et portant en même temps une masselotte 21 destinée à équilibrer l'arbre 5. Les roue 9, 14 et 15 sont équilibrées par une roue 29 tournant folle sur un axe fixé sur l'axe 2 et portant en morne temps une masselotte 22 destinée à équilibrer l'axe 4. Les roues 11 et 14 font corps avec l'axe 3 qui tourne en même temps qu'elles et qui entrain un plateau 16 porteur d'une masselotte 29 dont la coupe figure en 24. Les roues 12 et 15 tournent autour de l'aie 3 en sens inverse de cet axe et entrainent les plateaux 17 et 18 porteurs chacun d'une demi-masselotte dont la réunion constitue la masselotte 25. La coupe 26 explique comment les masselottes 23 et 25 peuvent se rencontrer, et leur centre de gravité coincider au moment de cette rencontre. L'ensemble du mécanisme, tel qu'il vient d'être exposé est combiné de façon qu'à chaque tour de l'axe 2 corresponde un tour pour chaque masselotte autour de l'axe 3. Les sens de rotation sont ceux habituels: sens positif et rétrograde. Ce sont uniquement les masselottes qui doivent produire les forces centrifuges à utiliser. I1 importe donc d'équilibrer le mécanisme de chaque élément sans les masselottes, de façon que les centres de gravité de l'en- semble coincide exactement avec les centres de gravité de l'axe 2 et de l'axe 3. De leur côté, les huit masselottes de l'ensemble, comptées à partir de.leur plateau, doivent toutes avoir exactement le même poids et leurs centres de gravité entre à la mtoe distance R du centre de gravité de l'ensemble de façon que la force centrifuge résultant de leur rotation soit exactement la masse au stme moment pour les quatre masselottes d'un groupe, soit A-B , soit C-D, car c'est la résultante des 4 forces simultanées de chaque groupe qui est à considérer. La figure 1 dans laquelle, par souci de clarté, on n'a conservé que les axes 2 et 3 avec leurs masselottes, indique la disposition générale des 4 éléments et le sens dans lequel ils vont fonctionner, Les axes 2 de A et B sont dans un même plan vertical, de même que les axes 2 de C et D. Les axes 2 de A et C sont dans un mi-me plan horizontal, de mtme que les axes 2 de B et D. Chaque élément fait donc partie à la fois du groupe A-5 ou C- , ou du groupe A-C ou B-D. Les rotations des axes 3 ont lieu dans un même plan vertical. On considère en plus un plan horizontal équidistant des plans hori zontaux déterminés par les axes 2. Tous ces plans se coupent entre eux par des axes horizontaux Z Z et X X, et verticaux T T, rappelés dand les diverses figures. Les centres de gravité des ? masselottes de chaque élément circulent sur une sphère idéale de rayon R que l'on peut supposer représenter un globe terrestre avec ses méridiens et ses parallèles, les axes 2 Z figurant le diamètre 0-1800 sur le plan équatorial, les axes x X figurant le diamètre 90-2700 sur le mamie plan, et l'axe T T figurant le diamètre joignant les pales. Le trajet suivi par chacune des masselottes est invariable. Il décrit un circuit allant de 00, latitude et longitude O, au 1800 latitude 0, en passant par le 450 latitude Nord et longitude Est, le 900 latitudé 0, le 1350 longitude Est et 450 latitude Sud, le retour par le 1350 longitude Est et 45 latitude Nord, le 900 latitude O et le 450 longitude Est, latitude Sud. Ce trajet est parcouru de telle façon que les masselottes d'un nazie élément se croisent 2 fois à chaque tour de l'axe de rotation 2, au 900 à l'équateur, en i%iÈe temps que les masselottes de l'autre élément du mse groupe A-B ou C-D. Au atie instant les masselottes de l'autre groupe se trouvent aux points 0 et 180 de l'équateur. Le circuit compris entre les latitudes 450 Nord et Sud comporte des axes de symétrie à l'équateur et aux 45, 90 et 135 méridiens. Les schémas de la figure 1 prSctgentAgalement que les éléments A et C tournent dans le sens positif, les éléments B et D dans le sens rétrograde et que les éléments A et C sont décalés de 900, de même que les éléments B et D. Les positions initiales des masselottes 23 et 25 avec leurs sens de départ sont également précisées, et, les engrènements étant ainsi fixés, la marche des opérations ne varie plus. Dans le cas de la figure 1, les choix effectués conduisent à une résultante des forces centrifuges dirigées dans le sens Ir, sur l'axe FXX. Les zéros des rotations qui ont la même vitesse angulaire W que les axes 2, se trouvent aux points 0 et 1800 de l'équateur. Les 90 sèmes degrés se trouvent aux extrémités Nord et Sud du diamètre des plateaux, perpendiculaires à l'axe 2. Les deux masselottes d'un même élément se rencontrent aux points 900 des plateaux quand ceux-ci sont horizontaux et qu'ils coincident avec le 900 de l'équateur. I1 n'y a donc à considérer que des rotations de 00 à 900 et de 900 à 00. Le fonctionnement du mécanisme depuis la position initiale à la figure 1 jusqu'au moment où une rotation de 900 aura été effectuée est précisé par les figures 4 et 5 indiquant les projections des centres de gravité des masselottes sur ur plan horizontal et sur le plan vertical des axes 3. les mêmes lettres indiquent la situation des huit masselottes au même moment. Quand les 4 masselottes du groupe A-E parcourent les arcs des O, 30, 45, 60, et 90 degrés; les 4 masselottes du groupe C-D parcournt les arcs de 90, 60, 45, 30, et O degrés, c'est à dire les arcs complémentaires des arcs décrits par les masselottes du groupe A-B . Chaque rotation des 90 arène une permutation du groupe A-B avec le groupe C-D et chacun d'eux va refaire ce que vient de faire l'autre pendant les 900 précédents. I1 s'agit donc d'un cycle qui se renouvelle tous les 900, c'est à dire 4 fois par tour de l'axe 2, ou 4 x V par seconde. Pour chacun des 2 groupes A-M ou C-D les centres de gravité des mas- selottes occupent les sommets mobiles et constamment symétriques par rapport à l'axe horizontal F x x d'un quadrilatEre rectangle situé dans un plan vertical perpendiculaire à cet axe. La distance entre ce plan vertical et le plan vertical fixe diterminé par les axes de rotation 2 superposés du groupe, varie entre O et X, et le sens de déplacement du plan vertical mobile est toujours inverse du déplacement du plan vertical mobile de l'autre groupe. Nais la somme de leurs distance est constante et égale à R, car du fait de la double symétrie des lasselottes par rapport au plan vertical mené par l'axe horizontal FIl et au plan horizontal mené par le même axe, 1. projectionien R cos â sur les axes ZZ et en R sin â cos a sur les axes YY s'annulent, et il ne reste que les projections en R sin 2 a sur les axes XX.Du fait du décalage des 2 groupes A-B et O-D , lorsque la projection relative à l'un d'eux est égale à R sin2a pour un angle de rotation égal à â, la projection relative 2A à l'autre groupe est égale à R cos a. Le trajet suivi par une masselotte est la somme de 2 trajets circulaires de mse vitesse angulaire W, constamment perpendiculaires entre eux, mais avec des rayons différents: celui décrivant un méridien est constamment égal à R; l'autre décrivant les parallèles et se déplaçant entre les latitudes 450 Nord et Sud passe de la valeur R sur l'équateur à la valeur au parallèle 450. La force centrifuge dégagée par une masselotte, dont le produit de la masse par le carré de la vitesse angulaire est déterminé, devrait être proportionnelle à la somme des rayons et varier de 2R à , 4 fois à chaque tour de l'axe de rotation 2, c'est à dire 4 Y par seconde. plais ce résultat ne peut titre que théorique car il ne tient pas compte de la force a'inertie qui n'empêche pas la force centrifuge de se manifester mais qui s'oppose à des variations rapides d'intensité et tend à arrater le mouvement s'il n'est pas entretenu.Cette force absorbe le travail fourni par la force mécanique que l'on veut convertir en une force de poussée devant elle-même être susceptible de fournir ui; travail en retour . il faut admettre que la force maximum 2R, développée par chaque masselotte, ne pouvant varier, sera conservée à condition que la force mécanique qui la produit soit constante.D'ailleurs on peut remarquer que si théoriquement la force centrifuge est toujours exactement proportionnelle à la longueur du rayon, la résultante sur l'axe FXX du rayon décrivant le parallèle est exactement la même que celle du rayon décrivant le méridien. La valeur de la projection de cette force varie donc de O à 2R > toujours.La combinaison de la force ?Rsin 2aa d'une masselotte d'un groupe A-B avec la force 2Rcos2â de la masselotte conjuguée du groupe C-D donne une force constante égale à 2R. Le mécanisme entier produit alors 4 x 2R = 8R, c'est à dire une poussée constante et de direction constante qui est l'axe du bâti 1. Il suffit d'indiquer que le bâti du système doit être fixé sur un plateau permettant d'orienter ltaxe X en hauteur et en azimut, comme l'est par exemple une lunette de théodolite, le plateau devant lui-mame faire corps avec l'objet auquel on veut donner une poussée suivant une orientation déterminée. En supposant un mécanisme de ce genre, employant huit masselottes pesant chacune 100 grammes dont le centre de gravitéparcourt une sphère de 10 cm de rayon et dont les axes 2 tournent à une vitesse de 60 tours par seconde, peut produire théoriquement une pesanteur dr Z5 Kg environ. Cette force actionnant un véhicule pesant sur terre une tonne lui communiquerait dans l'espace intersidéral une accélération de 28 cm sec/sec, produisant une augmentation de vitesse de lkm par second toutes les heures et lui ferait parcourir au bout de 10 jours une distance de 100 millions de kilomètres. L'énergie électrique nécessaire à cet effet peut titre évaluée à 3Kw environ et pourrait être prélevée sur l'énergie solaire déjà captée dans l'espace pour assurer le fonctionnement des divers organismes des véhicules spatiaux. Cela implique une certaine proximité du soleil pour bénéficier d'une poussée constante. On peut aussi envisager l'utilisation d'un tel mécanisme autour du globe terrestre, dès que l'attraction de celui-ci cesse de produire ses effets. On peut de mameltenvisager dans les cas où l'on peut s'affranchir en partie des effets de la pesanteur, par exemple dans le domaine maritime où l'on peut avoir internat parfois à utiliser.un appareil propulseur indépendant en grande partie des sujétions du milieu dans lequel on évolue, et où il perMet de supprimer les inconvénients de l'usage des gouvernails et des hélices. Dans ce cas, on peut disposer d'une puissance motrice plus importante en constituant des batteries avec des mécanismes plus puissants; de mis, sur terre, et en général dans tous les cas où l'on veut supprimer toute liaison directe entre le moteur et le vehicule qu'il actionne. L'emploi de forces centrifuges qui jusqu'à présent n'avaient pu être utilisées aux fins indiquées ci-dessus nécessite pour un fonctionnement harmonieux une construction mécanique d'une absolue précision, et une lubrification parfaite qui ne pourrait être assurée dans les espaces dépourvus de pesanteur que par l'emploi de matériaux auto-lubrifiants. REVtI CA?IONS -1- ce dispositif actionné par une force mécanique constante, d'oririne quelconque, produit des forces centrifuges de même intensité et les combine ensuite pour en obtenir une force de poussée d'intensité et de direction constantes. Cette force a pour caractéristique de se passer d'un milieu support, terre eau ou air, pour se manifester, et d'émaner directement du centre de gravité du mécanisme qui la produit. Elle se présente donc comme une gravit artificielle et a en outre l'avantage de ne pas dépendre des conditions du milieu où elle s'exerce et de pouvoir être orientée. -2- Les forces centrifuges à combiner sont produites par quatre éléments de mécanisme tous semblables et fonctionnant de la même façon. Chacun d'eux comporte un axe horizontal mû par la force mécanique à transformer et qui met lui-même en jeu le système d'engrenages assurant le fonctionnement général du tout. La caractéristique de ce mécanisme est ou'il fonctionne entièrement à l'intérieúr de l'axe horizontal constitué par une poutrelle creuse entrai nant un axe de rotation autour duquel 2 masselottes se déplacent symétrique- ment par rapport au plan vertical engendré par la rotation de cet axe. Une des 2 masselottes est fixée sur l'axe de rotation et tourne avec lui, l'autre tourne autour. Cette disposition est celle qui assure la plus grande simplicité de construction et en même temps permet un équilibrage de l'équipage en rotation, tel que le centre de gravité de ce dernier, masselottes non comprises, coïncide avec son centre de figure dans tous ses plans, et que les forces centrifuges engagées proviennent uniquement des masselottes. Ces dernières se déglacent donc dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation et sont entraînées dans la rotation de ce plan autour de l'axe horizontal. Ces deux rotations ont même valeur ararulaire, mais les forces centrifuges dégagées par les masselottes sont le résultat de ces deux rotations perpendiculaires entre elles, qui leur font décrire un huit sur une demi-sphère dont l'orientation est la même pour toutes.Elles se rencontrent donc 2 fois par chaque tour de l'axe horizontal et leur construction leur permet de faire coOncider leurs centres de gravité à ce moment. Il en résulte pour chacun des 4 mécanismes que les forces qu il produit ont la même caractéristique, importante et nécessaire, qu 'étant symétriques par rapport au plan vertical engendré par l'axe de rotation, leur résultante est situe dans ce plan, mais toujours dans le même demi-plan. - -- t Les forces centrifuges étant obtenues, leur combinaison nécessité une disposition particulière des 4 éléments et une synchronisation de leur faction dont la caractéristique est la suivante: Les axes horizontaux des 4 éléments de mécanique forment les .petites cotes d'un parallélépipède rectangle ayant donc un axe de symétrie passant par le centre de gravité de l'ensemble du système. et contenu dans le plan vertical passant par les axes de rotation. Les engrènements sont tels que les axes horizontaux de 2 élément s superposés tournent en sens inverse l'un de l'autre et que ceux de 2 élément de même niveau tournent tous deux dans le même sens mais avec un décalage de 900. Au cours du fonctionnement , il faut que, dans un groupe super posé, les masselottes fixées aux axes de rotation, par exemple, soient sur une même verticale. Elles sont déjà sur une même horizontale, chacune avpc celle du morne élément. A A ce moment les masselottes d'un groupe superposé et par conne- tiquent leures forces centrifuges de même intensité, sont symétriques par rapport à l'axe de symétrie de l'ensemble. Leur résultante, qui est la somme géométrique des 2 résultantes contenues toujours dans le même demi vertical et symétriques par rapport à l'axe de symétrie , se trouve sur le même demi-axe et dans le même sens. Il en est de même pour le àeuxième groupe superposé. La résultante générale est donc la somme de deux forces complémentaires de même direction.