Brevet FR2473462A1 — publié le 19810717

La présente invention se.rapporte à une hélice de ba- teau qui comprend un moyeu conçu pour être fixé à un arbre d'hélice et au moins deux pales d'hélice portées par le moyeu, ces pales étant montées pivotantes de façon à pouvoir être dé- placées entre une position de fonctionnement déployée et une position rétractée dans laquelle elles s'étendent vers l'ar- rière dans la direction de l'arbre. Les hélices de ce type, qui sont appelées des hélices pliantes, sont utilisées principalement dans les voiliers pour réduire la trainée dans l'eau pendant la navigation à la voile. Lorsque l'arbre d'hélice ne tourne pas, pendant la navigation à la voile, les pales sont pliées l'une contre l'autre sous l'action de la pression de l'eau de façon à former un prolon- gement, en forme de bobine, du moyeu d'hélice. Lorsque le mo- teur est mis en marche et qu'il entraîne l'arbre d'hélice, la force centrifuge est utilisée pour déplier les pales. Les hélices connues du type décrit ont leurs pales mon- tées sur des axes qui s'étendent perpendiculairement à l'axe de rotation du moyeu, de sorte que le dépliage des pales est effectué par un pivotement de ces dernières d'environ 90' dans un unique plan. Ce type d'hélice nécessite l'emploi de lourdes pales qui sont volumineuses et ont pour résultat que le rendement de l'hélice est médiocre et que des problèmes se posent du fait des forces de choc élevées produites lors du dépliage pour la marche avant. Un autre inconvénient important réside en ce que le rendement en marche arrière est nettement inférieur au ren- dement en marche avant, étant donné que la force du fluide en écoulement, en marche arrière, tend à replier les pales l'une vers l'autre et que, du fait de l'épaisseur des pales, celles- ci ont un extrados fortement convexe. La présente invention a pour but de réaliser une hélice du type décrit dans l'introduction, qui, pour éviter les in- convénients ci-dessus mentionnés, peut être fabriquée avec des pales minces, légères (assurant ainsi l'obtention d'un rende- ment élevé), de façon à avoir un faible moment d'inertie au- tour de l'axe de rotation (ce qui se traduit par un faible couple d'entratnement) et de façon à produire de faibles im- pulsions de pression dans l'eau. Ce-résultat est atteint, conformément à la présente in- vention, grâce au fait que les axes de montage des pales sont disposés à un angle tel par rapport à l'axe de rotation du moyeu que les pales peuvent être déplacées entre leur position dépliée et leur position pliée par rotation essentiellement d'un demi-tour autour de leur axe de rotation respectif. L'invention est basée sur l'idée que la force du fluide en écoulement qui agit sur une pale d'hélice est approximati- vement perpendiculaire à une partie de la surface de la pale, quelles que soient les conditions de fonctionnement. Dans l'hé- lice selon l'invention, les pales, lorsqu'elles sont dépliées, se déplacent suivant un trajet circulaire, ce qui signifie que les pales se déplacent suivant un trajet qui est presque tou- jours perpendiculaire à la force du fluide en écoulement agis- sant sur les pales. Etant donné qu'en principe aucun travail n'est nécessaire pour effectuer un mouvement dans une direction perpendiculaire à une force agissante, un travail devant être effectué pour déplacer une force suivant sa direction, ceci signifie que les pales de l'hélice selon la présente invention peuvent être déplacées sans nécessiter théoriquement de tra- vail pendant le processus de dépliage. Pour assurer le dépliage dans toutes les conditions, dans un mode de réalisation préfé- ré de l'hélice selon l'invention, le moyeu est muni de moyens pour permettre une rotation limitée dudit moyeu par rapport a l'arbre d'hélice et de moyens de transmission qui sont agences de façon à transmettre un couple aux pales d'hélice à la-suite de ce mouvement relatif pour les faire tourner entre leurs po- sitions pliée et dépliée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, sur lesquels: la Fig. 1 est une vue de c8té schématique d'un moyeu d'hélice muni d'une pale représentée dans la position pliée, suivant l'invention; - la Fig. 2 est une vue qui correspond à celle de la Fig. 1 mais qui représente la pale dans la position dépliée; - les Fig. 3%, 3b et 4a, 4b sont des vues schématiques respectivement de c8té en bout de deux modes de réalisation différents de l'hélice selon l'invention; - la Fig. 5 est une vue en coupe d'une hélice, cette vue montrant le mécanisme de transmission; et - la Fig. 6 est une vue schématique, de côté, d'une va- riante du mécanisme de transmission. Les Fig. 1 et 2 représentent une hélice selon l'invention qui comprend un moyeu 1 dans lequel deux, trois ou quatre pa- les 2 sont montées pivotantes. Pour plus de simplicité, on n'a représenté qu'une seule des pales sur les figures. Dans l'e- xemple représenté, l'axe de montage 3 de la pale 2 est disposé & un angle d'environ 450 par rapport à l'axe de rotation 4 du moyeu 1, et il fait également un angle d'environ 135. avec l'a- xe longitudinal de la pale, de sorte que la pale s'étend paral- lèlement à l'axe 4 lorsqu'elle est dans la position représen- tée sur la Fig. 1. Si la pale est déplacée en rotation d'un de- mi-tour à partir de cette position, elle pivote vers l'exté- rieur jusqu'à la position représentée sur la Fig. 2, dans la- quelle elle fait un angle de 90 avec l'axe de rotation 4. Comme indiqué sur la Fig. 2, la pale se déplace suivant un tra- jet circulaire, ce déplacement étant toujours approximative- ment perpendiculaire à la force du fluide en écoulement, indi- quée par la flèche 5. L'hélice selon l'invention peut avoir deux positionne- ments essentiellement différents des pales, comme représenté sur les Fig. 3a, 3b et 4a, 4b. Dans l'exemple représenté sur les Fig. 3a, 3b, les axes de montage 3 des pales 2 sont incli- nés à 45 vers l'arrière, comme dans l'exemple des Fig. 1 et 2, de sorte que les extrados des pales sont disposés face à face dans la position pliée. Les Fig. 4a, 4b représentent un mode de réalisation dans lequel les deux axes porteurs 3 des pales sont inclinés à-450 vers l'avant, de sorte que les intrados des pales sont disposés face à face dans la position pliée. Dans le premier exemple mentionné, les axes des pales peuvent être placés dans le même plan ou dans des plans différents, et l'hélice peut être munie, au maximum, de quatre pales qui peu- vent pivoter de 3600. Dans le second exemple, les axes 3 des pales sont situés dans des plans différents (voir Fig.4b), et l'hélice peut être munie de trois pales, au maximum, qui peu- vent pivoter de 1800. La Fig. 5 représente une vue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation concret d'une hélice selon l'invention. Le moyeu 1 comporte une partie 10 qui est montée sur un arbre 11 d'hélice et est empêchée de se déplacer vers l'avant sur l'arbre par une goupille 12. Une seconde partie 13 du moyeu, qui porte deux pales 2 d'hélice, est rigidement fixée à la première partie 10 du moyeu. Les parties de moyeu délimitent entre elles une cavité 15 dans laquelle est montée une trans- mission à engrenages qui comporte un pignon 16 calé sur l'ar- bre 11 d'hélice et deux pignons 17, 18 en prise avec le pignon 16 et qui sont calés sur 'des arbres 19, 20 montés à rotation libre dans la partie 13 du moyeu et dont chacun est rigidement fixé à une pale individuelle 2. Le pignon 16 est muni d'une goupille 21 qui pénètre dans une rainure circulaire 22 formée dans la partie 10 du moyeu. Comme on peut le voir sur la figu- re, les pignons 17, 18 ont des dimnsions différentes et sont en prise avec le pignon 16 à des rayons différents de ce der- nier. Ceci permet d'utiliser un rapport d'engrenage plus grand et la géométrie simplifie la taille des dents du pignon 16, qui est légèrement conique. Dans l'exemple représenté, les axes de rotation 3 des pa- les sont inclinés à 45 vers l'arrière en direction de l'axe de rotation 4 du moyeu, et les pales 2 sont parallèles à l'axe 4 lorsqu'elles sont pliées. Le rapport d'engrenage entre le pignon 16 et les pignons 17, 18 est de 0,75:1 et la rainure circulaire 22 s'étend sur 2700. Lorsque les pales sont repliées l'une contre l'autre, la goupille 21 est à midistance entre les extrémités de la rainure 22 et permet ainsi la rotation du pignon 16 de 135 dans l'un ou l'autre sens par rapport à la partie 10 du moyeu. Avec le rapport d'engrenage de 0,75:1, cet- te rotation se traduit par une rotation des arbres 19, 20 des pales de 1800 dans l'un ou l'autre sens, dépliant ainsi les pales jusqu'à une position perpendiculaire à l'axe de rotation du moyeu. Que l'arbre d'hélice soit entraîné pour la marche a- vant ou pour la marche arrière, le couple de réaction provoque le dépliage des pales. Suivant une variante du mode de réalisation représenté, l'hélice peut être munie de butées réglables (non représentées) pour la goupille 21, de sorte que l'angle de rotation des ar- bres des pales peut être modifié de manière à changer ainsi le pas de l'hélice. La Fig. 6 représente schématiquement un autre mode de réalisation d'une transmission qui sert à transmettre une ro- tation relative entre l'arbre d'hélice et le moyeu afin de faire tourner les pales d'hélice. Sur la Fig. 6, la référence désigne un écrou qui est rigidement fixé à l'arbre d'héli- ce (non représenté). L'écrou 30 est vissé sur une vis 31 dont le prolongement forme une crémaillère dentée 32. Un arbre 33 de pale d'hélice est relié à un pignon 34 qui est en prise avec la crémaillère 32. La crémaillère est montée solidaire en rotation d'un moyeu d'hélice non représenté mais axialement mobile par rapport à ce moyeu qui, comme dans l'exemple précé- dent, peut effectuer un mouvement de rotation limité par rap- port à l'arbre d'hélice. Lorsque l'arbre tourne par rapport au moyeu, l'interaction entre l'écrou 30 et la vis 31 déplace la crémaillère 32 axialement, faisant tourner le pignon 34 et, de ce fait, l'arbre 33 de la pale. L'invention n'est naturellement pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus. L'angle formé entre l'axe de rotation des pales d'hélice et l'axe de rotation du moyeu peut varier à l'intérieur de l'intervalle allant d'environ 35 à environ 50 . En outre, les pales d'hélice peuvent être incli- nées, dans la position pliée, jusqu'à environ 150 sur l'axe de rotation du moyeu. La transmission-entre l'arbre d'hélice et les pales peut comporter des biellettes, des cames, etc... Il est important que le frottement soit maintenu à une faible valeur étant donné que le couple de réaction, lorsque les pales sont pliées, est relativement faible. Dans une variante de la transmission de la Fig.5, le pi- gnon fixé à l'arbre d'hélice peut engrener uniquement avec l'un des pignons d'arbre de pale, ce pignon engrenant à son tour avec l'autre pignon d'arbre de pale. 2 4 773462 R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Hélice de bateau, comprenant un moyeu adapté pour 4tre fixé à un arbre d'hélice et au moins deux pales d'hélice portées par le moyeu, ces pales étant montées pivotantes dans le moyeu de façon à pouvoir être déplacées entre une position de fonctionnement dépliée et une position pliée dans laquelle elles s'étendent vers l'arrière dans la direction de l'arbre, caractérisée en ce que les axes (3) de montage des pales (2) sont disposés à un angle tel par rapport à l'axe (4)de rota- tion du moyeu (1) que les pales peuvent être déplacées entre leur position dépliée et leur position pliée par rotation es- sentiellement d'un demi-tour autour de leur axe de montage respectif. 2 Hélice selon la revendication 1, caractérisée en ce que les axes (3) de montage sont orientées par rapport aux pa- les de telle sorte que les extrados des pales (2) d'hélice se font face dans la position pliée. 3 - Hélice selon la revendication 1, caractérisée en ce que les axes (3) de montage sont orientés par rapport aux pa- les de telle sorte que les intrados des pales (2) d'hélice se font face dans la position pliée. 4 - Hélice selon l'une quelconque des revendications 1 A 3, caractérisée en ce que l'angle que font les axes (3) de montage avec l'axe (4) de rotation du moyeu est compris entre environ 35 et environ 50 . - Hélice selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'angle que font les axes (3) de montage avec l'axe (4) de rotation du moyeu est d'environ 450, et en ce que les axes longitudinaux des pales sont approximativement parallèles à l'axe (4) de rotation du moyeu dans la position pliée des pales. 6 - Hélice selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le moyeu (1) est muni de moyens (21,22) pour permettre une rotation limitée dudit moyeu par rapport à l'arbre (11) d'hélice et de moyens de transmission (16, 17, 18, 30, 31, 32, 34) qui sont agencés de façon a transmettre un couple aux pales (2) d'hélice à la suite de ce mouvement relatif pour les faire tourner entre leurs positions pliée et dépliée. 7 - Hélice selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les pales (14) peuvent tourner de 360 dans le moyeu (10, 13), en ce que des moyens (21, 22) sont agencés de façon à limiter la rotation du moyeu par rap- port à l'arbre (11) d'hélice à environ 270 , et en ce que le rapport d'engrenage des moyens de transmission (16, 17, 18) est d'environ 0,75:1. 8 - Hélice selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les pales (2) d'hélice comportent des arbres inclinés (19, 20) qui portent des pignons (17, 18) dont l'un au moins engrène avec un pignon (16) solidaire en ro- tation de l'arbre (11) d'hélice, l'autre pignon engrenant soit avec le premier soit avec le pignon calé sur l'arbre d'hélice. 9 - Hélice selon la revendication 8, caractérisée en ce que les engrenages (17, 18) des arbres (19, 20) de pales ont des rayons différents et engrènent avec le pignon (16) de l'ar- bre d'hélice à des rayons différents de ce dernier. - Hélice selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les arbres inclinés (33) des pales d'hélice portent des pignons (34) qui engrènent avec une crémaillère dentée (32) montée mobile dans le moyeu, la crémaillère comportant une partie filetée (31) vissée dans un écrou (30) solidaire en rotation de l'arbre d'hélice.