Brevet FR2452416A1 — publié le 19801024

La présente invention concerne tous les objets dont la vocation est de se déplacer pendant une grande partie de leur existence sur ou dans l'eau et dont la consonation d'énergie pour assurer ce déplacexent joue un rôle non négligeable dans le bilan général de leur exploitation La flottabilité d'un navire étant assurée par les lois naturelles d'équilibre statique des corps , lorsque ce navire est en mouvement d'autres phénomènes se nanifestent qui modifient dynamiquement les lois simples de cet équilibre statique Interviennent par exemple la forme des surfaces de pénétration à l'avant qui ont un effet déflecteur plus ou moins parqué sur la masse d'eau déplacée par l'avance du batiment ; l'angle de divergence de ces surfaces , qui caractérise la rapidité de l'augmentation de largeur de l'avant vers l'arrière ; la forme générale selon que la coque présente ou non une section constante sur une partie de sa longueur les formes arrières plus ou moins fuyantes et alimentant plus ou moins bien la ou les hélices ; les différences selon les trois axes longitudinal , transversal et vertical entre le centre de gravité et le centre de poussée hydrostatique ; la situation et l'angle de l'axe ou des axes de poussée de la ou des hélices Tous ces facteurs n'interviennent pas simultanéîent et avec la mdm importan- ce , certains sont permanents , d'autres plus liés à la vitesse ou au niveau de chargement du navire , d'autres plus à l'agitation de l'eau . Le résultat de l'intervention des diffféentes forces qui s'introduisént ainsi est caractérisé par la vitesse obtenue en fonction de la puissance fournkar les machines , et les mou- vements parasites qui affectent la marche du bateau .On conçoit très bien que pour une forme de proue particulière la résultante des forces qui s'exercent sur les surfaces qui la constituent tende à soulever l'avant du navire , à partir d'une certaine vitesse ; la poussée hydrostatique diminuant à cette extrémité et augmen- tant vers l'arrière qui se trouve plus immergé par basculement autour du centre de poussée situé au dessus du centre de gravité , l'avant retombe vairs le bas et se trouve à son tour plus immergé qu'à l'état statique , d'ou amorce possible et effectivenent-fréquemeent observée d'un système d'oscillations longitudinales connues sous le nom de tangage , ree en eau calme ; de mme , par l'intervention de forces latérales comme le vent ou la houle , il est possible de voir apparaître les mouvements d'oscillation autour de l'axe longitudinal qu'on appelle roulis Ces divers modes d'interaction entre l'eau et un badinent qui avance se traduisent par un déplacement de liquide plus ou soins important et la création de vagues et de sillages dont l'ampleur est l'image d'une utilisation plus ou moins bonne de la puissance mise en jeu par les machines propulsives Quand un navire avance , il doit ouvrir son passage dans la masse d'eau qui le porte et comme ce liquide , dans les conditions habituelles , est absolurent incompressible , c'est donc par déplacement que se crée le volute vide d'eau où se trouve la coque .A ce déplacement est liée l'apparition d'une certaine pression au contact des parois et de l'eau et cette pression engendre une force qui déplace le liquide d'une part et freine ou soulève le navire d'autre part car la viscosité de ce liquide limite la vitesse avec laquelle il peut s'écarter pour laisser passer la coque Sans qu'il soit possible d'envisager un autre iode d'action simple que celui décrit plus haut pour la flottaison d'un navire , il est possible suivant la présen te invention , de modifier le champ des forces qui apparaissent et en xene tempos certains des phénomène. accessoires qui en résultent .Le prélèvement d'une partie du liquide incompressible modifie rapidement le champ des forces antagonistes autour du point de prélèvement et la résistance à l'avancement due à la pression créée par la vitesse se trouve considérablement diminuée et se réduit au frotte ment de l'eau sur la surface nouillée qui est inévitable L'invention consiste donc à ouvrir dans la paroi à l'endroit d'un maximum de pression du système d'écoulement oscillatoire ainsi créé , des ouates latérales symé triques par lesquelles l'eau pénètre à l'intérieur du navire où elle circule dans des conduits permettant un débit suffisant pour assurer un effet de décompression adapté à la taille et à la forne de la coque Il est évident que l'emplacement desdites ouïes est différent selon que l'objet flottant envisagé est un battirent de guerre relativement rapide , un pétrolier de gros tonnage , fln sousin ou une torpille automobile.Dans le premier cas , elles sont disposées entres deux tiers et les trois-quarts de la partie de la coque dont la section au niveau de la ligne de flottaison est variable ,la plus grande dimension de l'ouverture étant dans le sens vertical pour ne pas risquer d'introduire d'efforts secondaires , et les conduits d'eau étant collés aux parois latérales pour servir de protection dans le second cas , elles sont disposées au même endroit nais elles sont moins hautes pour t i r compte de la variation importante de jauge qui existe selon que ces citernes sont pleines ou vides , et ne pas risquer de voir une partie de leur surface découverte pendant la circulation à vide ; dans ce cas , l'eau est dépla cée de l'avant vers l'arrière dans des conduits situés sur le fond de la coque dans le cas du sous-marin , les cules sont également conçues de façon à permettre la circulation en surface ou en invention . Les sousiarins récents , surtout ceux à propulsion nucléaire , passent plus de tenps en plongée qu'en surface et ont une différence de tonnage assez faible selon qu'ils sont dans un cas ou dans l'autre , la taille des ouvertures peut donc rester la n8je sans inconvenients majeurs , par contre , elles seront dessinées et réalisées avec soin pour éviter absolument qu'en immersion un couple parasite n'apparaisse , qui aurait pour effet non d'engendrer un tangage comme dans le cas d'un battirent de surface mais d'enga ger à plonger ou à remonter ce qui , + rand vitesse , pourrait avoir des consé- quences graves ; enfin dans le cas de la torpille qui est en général un corps cylindrique circulaire , le prélèvement a lieu avantageusement par une ouverture en forme d'anneau tout autour de la section du mobile , de façon à n'introduire , avec certitude , aucun effort perturbateur . L'emplacement exact et la dimension des cules de prélèvement sont à déterminer pour chaque cas particulier envisagé car il faut tenir compte de la forme et de la vitesse de l'objet concerne Un autre avantage de l'invention se trouve dans l'utilisation particulière qui est faite de l'eau ainsi prélevée à l'avant du bâtiment En l'amenant , par des conduits aménagés à l'intérieur de la coque , vers l'arrière , il est alors possible de l'utiliser pour alimenter un ou plusieurs impulseurs , par exemple des roues à ailettes se trouvant à l'intérieur du navire Ces roues à ailettes radiales sont entrainées par les machines et communiquent à l'eau la quantité de mouvement nécessaire à assurer la propulsion du mobile ;; ces roues que l'on peut coaparer à des hélices carénées ont un meilleur rendement propulsif que les hélices classiques d'étambot et sont toujours alimentées en eau pour assurer leur fonction . la section des conduits de circulation de l'eau est adaptée en chaque point au débit et à l A tesse du liquide en particulier au niveau des roues à ailettes .L'action de ces roues consiste à engendrer une certaine pression vers l'arrière en prélevant l'eau dans le canal amont , supprimant ainsi toute contre-pression dans ce canal ou le mettant adse en dépression , et permettant une entrée d'autant plus facile de l'eau dans les cules avant que ces denières sont situées corne il a déjà été précisé dans des zones de pression plus élevée que la pression hydrostatique nor malte à la profondeur à laquelle elles se trouvent .La surpression engendrée par la ou les roues assure l'expulsion de l'eau vers l'arrière et donc la propulsion par réaction sur la butée du réducteur qui entraine la roue ou chacune des roues Sur des navires nécessitant par vocation des évolutions serrées mais n'ayant qu'une seule source d'énergie , il est intéressant d'utiliser le réducteur pour répartir la puissance sur deux impulseurs pour rendre symétriques les efforts de propulsion et annuler les effets du couple de renversement qui est introduit par l'hélice unique située dans l'axe ;; il est alors possible de bénéficier de l'avantage bien connu apporté par les hélices multiples d'aider ou d'assurer le contrôle de la direction du navire par une déflection de l'un ou des deux jets expulsés à l'arrière , par un système de vannes mobiles ot de tuyères orientables , ou par l'action préférentielle d'une des roues grâce à des pales orientables qui au en tent la poussée d'un côté ou qui la diminuent de l'autre D'autre part la faible distance séparant la butée d'arbre de la roue propul sive petiot de situer cet ensemble à l'endroit li plus favorable pour limiter ou supprimer les couples qui peuvent apparaitre quand l'axe de poussée des propulseurs ne passe pas par le centre de poussée hydrostatique ce qii entrain le tangage d'un navire de surface ou l'engagement à descendre ou à remonter pour un sous-marin ou une torpille .La diminution de la surpression à l'avant qui réduit l'importance de la vague engendrée par l'étrave et l'apport d'une certaine quanti té d'eau à l'arrièr * éliorent le fonctionnement hydrodynamique de ltensekble , La vague d'étrave et le sillage représentent en effet de l'énergie comxuniquée à une certaine masse d'eau et sont une dépense inutile de l'énergie fournie par les machines ; ils sont réduits au strict minimum et ainsi le rendement de propulsion est amélioré . Malgré une surface mouillée un peu plus grande , à puissance égale le navire va plus vite , ou, à vitesse égale , sa consomiation de combustible est moins importante .Enfin le rejet de l'eau à l'arrière permet de dessiner des formes de carènes qui suivent de façon optimale les lois de l'hydrodynamique , sans avoir à les perturber par le souci d'alimenter correctement la ou les hélices toutes les allures et éviter l'apparition de phénomènes parasites génants ou nuisibles comme les vibrations ou la cavitation in effet , la diminution de section de la coque pour donner la place aux hélices classiques crée brande vitesse un effet de succion qui retient le navire et est la deuxième cause de dissipation de l'énergie propulsive . Dans le cas de l'invention décrite , le renplissage du trou que représente la coque par l'eau assurant la propulsion annule cet effet parasite, mais son existence théorique est favorable par la création /zone de dépression virtuelle qui permet un meilleur fonctionnement de la propulsion par réaction . D'autres avantages accessoires sont que les formes étant moins évolutives sont plus simples et moins coûteuses à réaliser et que les volumes mis à la disposition des utilisateurs du bâtiment sont plus faciles à aménager , et une disposition conforme à l'invention contribue à rendre le navire très silencieux dans les cas où cette caractéristique présente un avantage . L'emprisonnement complet de l'hélice , ou de l'impulseur qui en tient lieu , ajouté à une fixation judicieuse des organes mécaniques et à un choix correct des matériaux , permet de réduire les bruits de fonctionnement de l'ensemble sauf peut-etre dans une zone conique très restreinte située dans l'axe arrière .Un avantage complémentaire d'un tel système est d'offrir à l'intérieur du navire une quantité illimitée d'eau pour le refroidissement de tous les appareils thermiques pouvant exister à bord Des descriptions d'exemples de réalisation permettront de bien comprendre les avantages résultant de l'invention quand elle est appliquée à divers types de mobiles flottants . Les mobiles principalement intéressés par l'invention sont de quatre types principaux 1/ les gros navires de transport , en particulier les pétroliers , à vitesse limitée mais à très grand parcours , ce qui rend intéressante une diminution de la consommation horaire 2/ les bâtiments des flottes de combat ayant deux régimes d'utilisation , d'une part patrouille de longue durée à viteese réduite et d'autre part pointe de vitesse aussi élevée que possible pendant des périodes beaucoup plus courtes 3j les sous-sarins en particulier les sous-marins lanceurs d'engins ; 4j les torpilles automobiles - Les pétroliers ont des formes simples pour contenir un maximum de liquide et avoir un prix de revient de construction aussi bas que possible ; ces formes sont loin du profil idéal que doit avoir un corps flottant qui se déplace dans l'eau , en particulier à cause de leur section constante de grande longueur et de leur immersion considérable à pleine charge . La différence importante de déplacement entre la navigation à plein et la navigation sur ballast au retour impose pour les ouvertures de prélèvement une position très basse afin qu'elles soient immer- gées dans toutes les conditions de navigation . La canalisation de circulation de l'eau prélevée peut Autre avantageusement constituée par une deuxième paroi courant tout le long du fond du bâtiment , apportant un élément de sécurité supplémentaire par la réalisation d'un caisson ne contenant pas de pétrole et évitant la dispersion directe de celui-ci dans le cas d'un accident intéressant la coque . L'arrière est constitué par des surfaces de formes simples facilement réalisables à partir des tôles planes livrées par industrie , et il se termine par la , ou de préference le g analisations de rejet encadrant le gouvernail - Les bâtiments de combat de surface ont en général deux régimes de fonctionnement différents :: la patrouille d'attente de longue durée à régime aussi économique que possible donc demandant une finesse hydrodynamique élevée , et le régime d'action , militaire ou autre , avec utilisation maximale de la puissance disponible . Un navire équipé suivant l'invention répond au mieux à ces deux exigences d'une part par les qualités hydrodynamiques que présente sa coque et d'autre part par l'efficacité de la propulsion grace au rendement élevé des impulseurs adaptables à tous les régimes de fonctionnement et travaillant toujours dans des conditions optimales par réglage éventuel des ouvertures d'entrée et de sortie en fonction du débit désiré . Les canalisations de circulation sont avantageusement placées le long de la paroi latérale , la double cloison et le matelas d'eau ainsi créés assurant une isolation contre les bruits de fonctionnement et une protection supplémentaire contre les armes offensives dirigées contre le bâtiment La sécurité passive est aussi augmentée par la suppression de tout appendice dépassant du profil de la coque et susceptible d'accrocher tout filin , orin ou câble quelconque pouvant intentionnellement ou pas perturber le bon fonctionnement des organes du navire .L'utilisation d'une machine propulsive unique fréquente sur les unités de tonnage moyen ne sera plus un handicap , l'emploi de deux impulseurs situés l'un à côté de l'autre et tournant en sens inverses assurant un symétrie que l'hélice axiale unique ne donne pas Les sous-marins , bâtiments jusqu'à maintenant exclusivement militaires ont aussi par vocation deux régimes d'utilisation différents - les sous-marins classiques sont destinés à patrouiller en surface à régime économique jusqu'à ce que se déclenche une alerte qui demande un déplacement à vitesse élevée toujours en surface , et lorsque le point d'action est atteint ils plongent pour se rapprocher ou atteindre leur objectif , les mouvements possibles étant alors très limités , la capacité des batteries alimentant les moteurs électriques étant très limitées - les sous-marins nucléaires sont au contraire destinés à se déplacer la plus grande partie du temps en plongée , la navigation en surface étant tout à fait exceptionnelle et n'étant pratiquée qu'au nomment du départ et du retour au port d'at tache .La vitesse de croisière désirée est aussi élevée que possible et la discrétion est une qualité fondamentale pour une utilisation optimale Dans les deux cas, l'application de l'invention à la construction de ces bfitiments améliore leurs qualités et augmente les performances que l'on recherche le plus . Dans le premier cas l'amélioration de la finesse hydrodynamique permet de diminuer la consommation et d'augmenter l'autonomie , le déplacement en plongée étant plus silencieux ; dans le second cas , l'autonomie étant déjà pratiquement illimitée , c'est la vitesse qui est augmentée , au bénéfice de la sécurité du bâtiment et de la discrétion de sa mission Dans le cas d'un objet destiné à naviguer en permanence en plongée comme une torpille , il est avantageux de réaliser l'orifice de prélèvement d'eau sous la forme d'une fente annulaire ouverte sur toute la circonférence du corps de l'objet qui est en général en forme de cylindre circulaire ;; la symétrie ainsi réalisée garantit l'absence de toute force parasite tendant à modifier la trgectoire souhaitée le centrage mécanique facile de la butée de la ou des hélices assurant la même neutralité de l'impulseur qui communique l'énergie de propulsion à l'eau , le jet ainsi créé pouvant alors Entre utilisé pour contrôler la trajectoire de l'objet soit au moyen de surfaces placées de façon à modifier la direction de tout ou partie du jet avant ou après sa sortie de la tuyère d'éjection axiale , soit par orientation de cette tuyère elle même Dans tous les cas , pour éviter l'ingestion d'objets étrangers rencontrés au cours du déplacement , il va de sol que des grilles de formes convenables sont disposées devant les ouïes pour rétablir la continuité extérieure apparente du profil tout en laissant pénétrer l'eau et éventuellement les petits objets , poissons ou autres , qui ne présentent pas un danger pour les impulseurs bien entendu il est tenu compte de la présence des éléments de ces grilles pour la determina- tion de la surface à donner aux ouïes pour ne pas diminuer le débit prévu Il est évident que les applications de la présente invention ne sont pas limitées aux exemples décrits mais peuvent s'étendre au contraire à tous les mobiles au moins partiellement immergés se déplaçant sur l'eau REVENDICATIONS 1. Aménagement de la partie immergée d'un objet destiné à se déplacer sur ou dans l'eau améliorant le comportement de cet objet au cours de ses déplacements par une économie sensible de la dépense d'énergie nécessaire à l'obtention d'un résultat donné , caractérisé par des ouvertures ou ouïes situées à l'avant à l'endroit où la pression créée par la résistance de l'eau au mouvement que lui impose le déplacement de l'objet est la plus grande , qui permettent l'aspiration d'une certaine quantité d'eau à cet endroit modifiant ainsi le champ de pression à l'avant de l'objet et réduisant la résistance à l'avancement due à l'inertie et à la viscosité de l'eau 2. Aménagement selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le volume d'eau ainsi prélevé à l'avant du bâtiment est amené à l'arrière et utilisé pour assurer la propulsion dudit bâtiment par effet de réaction 3. Aménagement selon les revendications t et 2 caractérisé par l'utilisation des canaux de circulation de 1' eau de l'avant vers l'arrière pour assurer une isolation phonique et une protection mécanique contre des armes offensives,du bâtiment équipé 4.Aménagement selon les revendications 1 et 2 caractérisé par l'utilisation des canaux de circulation de 1' eau de 1' avant vers l'arrière pour assurer la constitution d'un double fond protecteur dans des bâtiments transportant des cargaisons susceptible i e se répandre à l'extérieur en cas d'accident comme par exemple les pétroliers 5. Aménagement selon les revendications 1 et 2 applqué aux objets totalement et continuellement immergés caractérisé par une ouverture de prélèvement d'eau en forme d'une fente annulaire placée tout autour du corps de révolution cylindrique qui constitue l'objet aménagé 6. Aménagement selon les revendications + et 2 caractérisé par l'utilisation de l'eau circulant de l'avant vers l'arrière dans les canaux internes pour assurer l'évacuation de la chaleur perdue produite par le fonctionnement des équipements du bord comme par exemple les machines propulsives 7. Aménagement selon la revendication 1 caractérisé par la présence d 'éléments fixes destinés à protéger les ouvertures ou ouïes de prélèvement d'eau contre l'entrée d'objets de dimensions importantes risquant éventuellement d'endommager les impulseurs assurant la propulsion de l'objet