Brevet FR2473463A1 — publié le 19810717

La présente invention concerne un propulseur à hélice pour bateaux, et notamment, mais non limitativement, pour les bateaux tels que les cargos, pétroliers, caboteurs, bateaux de pêche, remorqueurs ou péniches automotrices, et autres bateaux dont la masse, et, par conséquent la résistance à l'avancement, varient beaucoup selon qu'ils sont à vide ou en charge. Pour propulser un tel bateau, on utilise généralement une ou plusieurs hélices dont le pas est accordé, une fois pour toutes lors de la construction, à la puissance des machines et à la résistance à l'avancement du bateau en charge. La charge est ainsi transportée avec un rendement optimal. Par contre les trajets à vide sont effectués à une vitesse inférieure à celle que pourrait permettre la puissance des machines compte-tenu de la résistance à l'avancement réduite. La durée des trajets à vide ou à faible charge est ainsi inutilement longue, ce qui nuit à la bonne exploitation du bateau. En outre, les machines du bateau, qui ne fournissent pas leur puissance nominale quand le bateau est vide ou peu chargé, ont alors un mauvais rendement. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en réalisant un propulseur b hélice pour bateau qui permette d'exploiter de façon satisfaisante la puissance des machines, que le bateau soit à vide ou en charge. Le propulseur à hélice pour bateau comprend des pales montées radialement autour d'un moyeu destiné à être couplé à un arbre moteur. Suivant l'invention, ce propulseur est caractérisé en ce que chaque pale est montée à pivotement sur le moyeu selon un axe transversal à l'axe de rotation de l'hélice, et en ce que ce propulseur comprend des moyens pour régler l'orientation des pales par rapport au moyeu autour des axes de pivotement précités. Le pas de l'hélice dépend ainsi du réglage de l'orien- tation des pales autour de leur axe de pivotement. Le propulseur conforme à l'invention permet ainsi de régler le pas de l'hélice en fonction de la charge du bateau, pour donner à ce bateau la vitesse optimale permise par les machines en fonction de cette charge. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les pales sont planes, et les moyens de réglage permettent d'orienter ces pales de part et d'autre d'une position où elles sont dans un même plan. Selon que les pales sont inclinées dans un sens ou dans l'autre à partir de la position où elles sont dans un même plan, le bateau évolue en marche avant ou en marche carrière. Comme les pales sont planes, elles peuvent sans inconvénient assurer ces deux sens de progression du bateau. Ce mode de réalisation de l'invention apporte une simplification considérable aux organes de transmission des bateaux. Il rend en effet inutile de prévoir un inverseur du sens de rotation de l'arbre moteur pour assurer les deux sens de progression du bateau. D'autres particularités de l'invention ressortiront encore de la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs - la figure 1 est une vue en élévation latérale du propulseur réglé pour la marche avant à vitesse maximale - la figure 2 est une vue de face de l'hélice de la figure 1 - la figure 3 est une vue de face en coupe de l'hélice de la figure 2, dans la position où les pales sont toutes dans un même plan - la figure 4 est une vue schématique en élévation latérale de l'hélice, montrant la plage de réglage des pales - la figure 5 est une vue en élévation latérale et en coupe partielle, avec arrachement,de l'hélice de la fig. 3; - la figure 6 est une vue analogue à la figure 5 montrant une variante de réalisation de l'hélice. Comme le montre la figure 1, le propulseur comprend une hélice 1 comportant quatre pales 2 montées radialement au tur d'un moyeu 3 solidaire en rotation de l'arbre moteur 4 du bateau. Conformément à l'invention, chaque pale 2 est montée à pivotement sur le moyeu 3 selon un axe YY' ou ZZ' (fig.3) qui est transversal à l'axe XX' de rotation de l'hélice 1 (fig. 1). Pour permettre ce montage, le moyeu 3 comprend un bord tier 5 en forme d'ogive dont l'extrémité effilée est dirigée vers l'arrière du bateau, à l'opposé de l'arbre 4. Ce boîtier 5 présente une collerette externe 6 de laquelle débouchent quatre alésages 7 d'axe YY' ou ZZ', répartis angulairement autour de l'axe XX'. Les alésages 7 sont pratiqués dans des bossages 8 faisant saillie à l'intérieur du boiter 5 vers l'axe XX'. Chaque pale 2 porte à sa racine un tourillon 9 engagé à pivotement dans l'un des alésages 7. Chaque tourillon 9 est relié à la partie hydrauliquement active de la pale 2 par l'intermédiaire d'une embase 10 circulaire, de diamètre supérieur au tourillon 9 et qui s'appuie contre un méplat ll de la collerette 6. Le propulseur comprend encore des moyens pour régler l'orientation des pales 2 par rapport au moyeu 3 autour des axes de pivotement YY' , ZZ' précités. Ces moyens comprennent une tige 12 (fig. 5) reliée à un mécanisme de commande non représenté, et montée axialement à coulisse dans l'arbre 4 qui est creux. La tige 12, qui débouche dans le boîtier 5, est assujettie à un plateau nervuré 13 qui comprend une douille 15 engagée sur l'extré- mité 12a de la tige 12 opposée à l'arbre 4. Le plateau 13 porte quatre chapes 14 répartie angulairement à proximité de sa périphérie. Chaque chape 14 est attelée, au moyen d'une biellette 16 articulée à ses deux extrémités, à un maneton 17 solidaire en rotation de l'un des tourillons 9. Pour chaque biellette 16, l'axe 18 de la chape 14 et l'axe de l'articulation 19 au manetcn 17 sont sensiblement parallè- les à l'axe XX' ou YY' du tourillon 9 correspondant. L'extrémité de chaque maneton 17 munie de l'articulation 19 est située entre le bossage 8 correspondant et l'un des bossages 8 adjacents (figure 3). Les chapes 14 sont décalées angulairement sur le plateau 13 par rapport aux axes YY' et ZZ' pour que leur extrémité soit en regard des articulations 19. Selon une particularité importante de l'invention, la partie hydrauliquement active des pales 2 est constituée par un secteur annulaire plan dont l'angle au sommet est égal à 900 dans l'exemple représenté, ou, d'une manière générale, à 360 , N étant le nombre de pales. La bissectri N ce de cet angle au sommet est l'axe YY' ou ZZ' du tourillon 9 correspondant. Le rayon du bord interne des pales 3 est voisin du rayon externe de la collerette 6, un jeu 21 (figure 3) étant toutefois ménagé entre la collerette 6 et les pales 2 pour permettre le pivotement libre de la pale 2 par rapport au boîtier 5. Comme le montre la figure 4, les pales 2 peuvent prendre une position (représentée en trait plein), dans laquelle elles sont portées par un plan radial relativement à l'axe XX'. Dans cette position toutes les pales sont dans un meme plan et le pas de l'hélice est nul. Compte-tenu de l'angle au sommet du secteur annulaire constituant la partie hydrauliquement active des pales 2, celles-ci ont sensiblement jointives et forment ensemble un disque annulaire entourant le moyeu 3. A partir de cette position (figure 4), les pales 2 peuvent être orientées dans les directions F1 ou F2, pour prendre des inclinaisons qui, compte tenu du sens R de rotation de l'arbre 4, correspondent respectivement à la marche avant et à la marche arrière du bateau. Dans l'exemple représenté, l'inclinaison maximale des pales en marche avant est de A = 450, tandis qu'elle est en marche arrière de B = 150. Comme le montre la figure 1, le propulseur comprend un carénage annulaire 23 sensiblement ovoïde extérieurement, fixé au bateau. Le carénage 23 détermine un tunnel 24 dans lequel est montée l'hélice 1. Ce tunnel 24 comprend une zone avant 24a qui s'évase tronconiquement en direction de l'avant du bateau,unezonecybndriquemiiane 24b située au droit de l'hélice, et un congé 24c ayant une section en arc de cercle et raccordé à une zone cylindrique arrière 24d de diamètre élargi. La longueur de la zone médiane 24b, mesurée le long de l'axe XX', est telle que les pales 2, même dans leur position d'inclinaison maximale de marche avant A comme représenté à la figure 1, restent sensiblement en totalité dans cette zone.Il en résulte que compte-tenu des différentes possibilités de réglage énoncées plus haut et de la position des tourillons 9 par rapport àla partie hydrauliquement active des pales 2, quel que soit le réglage des pales 2, cellesci ne sortiront pas de la zone médiane 24b du carénage 23. Le fonctionnement du propulseur décrit ci-dessus est le suivant On manoeuvre la tige 12 pour orienter les pales 2 dans la direction de la flèche F1 ou de la fléche F2 à partir de la position de pas nul, selon que l'on veut faire progresser le bateau en marche avant ou en marche arrière. En principe, on donne aux pales une orientation qui correspond à une vitesse proche de la vitesse optimale que le bateau peut atteindre en fonction de la charge qu'il transporte et de la puissance de ses machines. Si, à partir de ce réglage, on diminue l'inclinaison des pales par rapport à la position de pas nul, la vitesse décroît car le pas de vis de l'hélice décroît.Mais donner aux pales une inclinaison supérieure ne pourrait également que faire décroître la vitesse en diminuant le rendement de l'hélice et des machines qui ne pourraient plus conserver leur régime nominal. Comme les pales sont planes, ce rendement est satisfaisant à toutes les allures pour peu que le réglage de l'inclinaison des pales ait été effectué comme énoncé ci-dessus. D'autres part, des pales planes autorisent un réglage satisfaisant des faibles allures. Par ailleurs, les pales étant sensiblement jointives en position de pas nul, elles présentent donc une grande surface d'appui sur l'eau très favorable au bon rendement de transmission de la puissance motrice par le propulseur. L'hélice étant susceptible d'assurer aussi bien des allures faibles qu'élevées, elle sera prévue de préférence pour une vitesse de rotation modérée, les vitesses élevées étant assurées au moyen d'une forte inclinaison des pales (jusqu'à 450 dans l'exemple représenté). Le carénage 23 évite l'effet de barbotage que cette forte inclinaison pourrait favoriser. Le propulseur décrit ci-dessus permet de donner au bateau qu'il équipe une vitesse optimale en fonction de sa charge et de la puissance de ses machines avec un excellent rendement, tout en permettant d'assurer les marches arrières de façon particulièrement efficace sans qu'un dispositif spécifique soit prévu à cet effet à la sortie des machines. Ce rendement est encore amélioré dans le mode d'exécution représenté à la figure 6. Dans cet exemple, le boîtier 45 du moyeu 43 présente, du coté de l'arbre 4, une partie sensiblement cylindrique 56 raccordée par un flasque annulaire 54 à l'arbre 4. Ce dernier pénètre dans la coque 51 du bateau par un alésage 55 garni de dispositifs d'étanchéité non représentés. Le flasque 54 est espacé de la coque 51. La partie correspondante de l'arbre 4 est entourée par une tulipe 52 dont le bord évasé est fixé à la coque 51 autour de l'ouver- ture 55. L'autre bord de la tulipe 52 vient en regard du bord de la partie cylindrique 56 du boîtier 45, et porte un fond annulaire 53 contigu au flasque 54. Le propulseur représenté à la figure 6 est par ailleurs similaire à celui des figures 1 à 5, et le fonctionnement de ces deux propulseurs est analogue. Cependant, la continuité de profil réalisée entre la tulipe 52 et la partie cylindrique 56 du moyeu 43 favorise l'écoulement, ce qui, en combinaison avec les autres caractéristiques de l'invention, conduit à un rendement de transmission de la force motrice de 90% ou plus, et permet une importante économie de carburant par rapport aux propulseurs connus. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de cette invention. C'est ainsi que le nombre de pales pourrait être de six ou de huit par exemple et que les inclinaisons maximales des pales dans les deux directions pourraient être différentes de celles indiquées à titre d'exemples plus haut. Les pales pourraient même ne pas être jointives en position de pas nul. D'autre part on peut prévoir tout mécanisme approprié pour assurer le réglage de l'orientation des pales. REVENDICATIONS 1. Propulseur à hélice pour bateaux, ce propulseur comprenant des pales montées radialement autour d'un moyeu destiné à être couplé à un arbre moteur, caractérisé en ce que chaque pale est montée à pivotement sur le moyeu selon un axe transversal à l'axe de rotation de l'hélice, et en ce que ce propulseur comprend des moyens pour régler l'orienstation des pales par rapport au moyeu autour des axes de pivotement précités. 2. Propulseur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les pales sont sensiblement planes. 3. Propulseur conforme à la revendication 2, carac -térisé en ce que les moyens de réglage permettent d'orienter ces pales de part et d'autre d'une position où ces pales sont dans un même plan. 4. Propulseur conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que dans la position où les pales sont dans un même plan, les pales sont sensiblement jointives et forment un disque annulaire entourant le moyeu. 5. Propulseur conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque pale comprend une partie hydrauliquement active qui constitue un secteur de disque annulaire. 6. Propulseur conforme à larevendication 5, caractérisé en ce que l'axe de pivotement de chaque pale est porté par la bissectrice de l'angle au sommet du secteur de disque annulaire. 7. Propulseur conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'hélice est montée dans le tunnel d'un carénage annulaire fixe par rapport au bateau. 8. Propulseur conforme à la refendication 7, caractérisé en ce que le carénage est ovoïde extérieurement tandis que le tunnel de ce carénage est cylindrique autour de l'hélice, s'évase tronconiquement vers l'avant et présente un congé à l'arrière de l'hélice. 9. Propulseur conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que la longueur de la zoné cylindrique du tunnel est telle que les pales restent sensiblement en totalité dans cette zone quelle oye soit leur inclinaison. 10. Propulseur conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'un espace traversé par l'arbre moteur est ménagé entre le moyeu et la coque du bateau, l'arbre moteur étant entouré dans cet espace par une tulipe dont le bord évasé est fixé à la coque tandis que l'autre bord de cette tulipe vient au droit du bord du moyeu de façon à créer une continuité de profil entre la tulipe et le moyeu.