Brevet FR2506255A1 — publié le 19821126

La présente invention concerne des dispositifs tournants du type comprenant des hélices, des pales ou des roues à aubes ou similaires. L'invention a pour objet de concevoir un tel dispositif dont le rendement, puissance a l'avancement ou force rotative fournies à pression et débit égal, est amélioré grace a l'effet de fente connu dans la construction de biplans En effet, dans les. biplans , la disposition relative des deux ailes permet d'obtenir un effet dit effet de fente qui améliore.- sensiblement le rapport poussée/trainée par rapport a des monoplans Etant donné que les hélices, les pales et les aubes des dispositifs tournants sont considérées dans leur fonctionnement pratique comme les ailes d'un avion, l'effet de fente permet également une amélioration sensible du rendement du dispositif selon l'invention. L'invention concerne en particulier un dispositif tournant destiné a assurer le déplacement d'un corps dans un fluide ou a être entraîné en rotation par un fluide sous pression et du type comprenant un moyeu ou une roue calé sur un arbre de commande et qui est muni d'au moins deux pales radiales évoluant dans ledit fluide. Selon l'invention, ce dispositif comporte au voisinage direct dudit moyeu ou de ladite roue un deuxième moyeu ou une deuxième roue muni également de pales radiales et qui est calé sur ledit arbre de commande, l'écartement axial entre les deux moyeux ou roues étant tel qu'il se produit entre les pales des deux moyeux ou roues un effet de fente tel que connu entre les ailes des biplans De préférence, ledit écartement entre lesdits moyeux ou roues ou des pales de ceux-ci est calculé en fonction des dimensions et caractéristiques de fonctionnement des pales. Des essais pratiques réalisés avec des hélices d'avion montées conformément a l'invention ont démontré que l'effet de fente se produit bien dans cette application et qu'on a pu réaliser une augmentation de la puissance d'entrainement de l'ordre de 3% a 58. De plus, selon l'invention, les profils des pales de la première et de la deuxieme roue sont identiques. En variante, le profil des pales de ladite deuxième roue est différent de celui des pales de ladite premiere roue. Suivant un mode de réalisation particulierement avantageux du dispositif, les pales d'au moins l'une des deux roues sont des pales a pas variable, des moyens de commande étant prévus pour faire varier le pas desdites pales en fonction du régime de rotation de l'arbre de commande. La variation des pales permet de maintenir l'effet de fente a son meilleur rendement a tous les régimes de rotation. D'autres réalisations et avantages de l'invention ressortiront de la des cription qui va suivre et en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 montre des vues en coupe schématiques de différentes variantes d'une disposition connue sur l'avion sous le nom aile à fente (D,E et F), - la figure 2 montre les coefficients de traînée en fonction des coefficients de portance obtenus avec chacune des dispositions connues représentées à la figure 1, - les figures 3 et 4 sont des vues en élévation latérale de deux modes de réalisation de l'hélice a fente selon l'invention. La disposition représentée à la figure 1 connue depuis longtemps sous la dénomination aile à fente pour des biplans comporte une premiere aile 1 et une deuxième aile 2 située au-dessous de l'aile 1. Les performances d'un tel ensemble dépendent essentiellement de la distance horizontale H et de la distance verticale V entre les deux ailes I et 2 (voir figure 1A). A la figure 1A, l'aile inférieure 2 est disposée très en avant de l'aile supérieure 1 avec un rapport H/V d'environ 1/0.5. En la figure 1B, l'aile 2 est disposée simplement lé gèrement en avant de l'aile 1 et le rapport H/V est d'environ 0.5/0.3. A la figure 1C, les ailes supérieure et inférieure 1 et 2 sont alignées verticalement l'une sur l'autre et le rapport H/V est de l'ordre de 0/0.5. A la figure 2, les courbes A, B et C montrent l'évolution du coefficient de traînée CY en fonction du coefficient de portance pour les dispositions représentées en lA, 1B et 1C respectivement. On voit que les résultats obtenus avec ces dispositions sont relativement médiocres et plafonnent rapidement. De plus, apres avoir atteint un point haut, le coefficient de traînée CY diminue pour les courbes A et B tandis que pour la courbe C on observe meme une chute rapide du coefficient de trainée CY. Par contre, les dispositions représentées aux figures 1D, 1E et 1F dans lesquelles l'aile inférieure 2 est disposée en arriere de l'aile supérieure 1 permettent d'obtenir des résultats meilleurs gracie audit effet de fente. En 1D, l'aile 2 est disposée légèrement en arrière de l'aile supérieure 1 et le rapport H/V est de l'ordre de 0.5/0.5 tandis qu'en 1E et 1F, l'aile inférieure 2 est disposée de plus en plus en arrière de l'aile supérieure 1. Le rapport H/V est d'environ 1/1 pour la disposition 1E et d'environ 1/0.5 pour la disposition 1F. Les résultats obtenus avec ces dispositions 1D, 1E et 1F sont représentés à la figure 2 par les courbes D, E et F respectivement. On voit que l'effet de fente permet d'enregistrer une nette augmentation du plafond du coefficient de traînée. De plus, après avoir atteint ce plafond, le coefficient de traînée CY ne diminue que tres progressivement, ce qui constitue un avantage considérable. La disposition représentée à la figure 1F constitue la disposition la plus efficace. Pour obtenir ce résultat, l'aile supérieure ou l'aile avant 1 doit être dis posée nettement au-dessus de l'axe de l'avion tandis que l'aile inférieure ou l'aile arrière 2 (1D, 1E et 1F) est située au-dessous de cet axe. Entre les deux ailes 1 et 2 ainsi décalées existe une fente dont la fonction est la suivante - la pression ventrale de l'aile avant 1 et la dépression dorsale de l'aile arriere 2 créent dans l'espace intermédiaire ou dans la fente un violent déplacement des filets d'air qui produit un effet de trompe concourant a abaisser le vent de l'aile arrière 2 et à ainsi retarder son décollement. De préférence, l'aile avant 1 est fixée au niveau du longeron principal de l'avion et est montée pivotante autour de son axe longitudinal. L'aile arrière 2 peut également être montée pivotante autour de son axe longitudinal. Ce montage permet d'obtenir les avantages suivants - une diminution du coefficient unitaire de la résistance à l'avancement pour des sustentations modérées et une hyper-sustentation aux grands angles d'incidence. De plus, l'aile supérieure avant 1 présente un profil ayant un moment aérodynamique négatif autour du foyer tandis que l'aile inférieure arrière 2 présente un profil modérément positif. Ceci permet d'augmenter l'efficacité de l'effet de fente. Un ensemble de telles ailes permet d'obtenir une polaire, en courant plan, qui est meilleure que la polaire de chacune des ailes prises isolément. Aux grands angles d'incidence, on constate l'absence ou une forte atténuation de l'instabilité laterale. L'effet de fente se traduit ainsi par une amélioration du rendement et de la stabilité latérale de l'avion. L'invention consiste à exploiter cet effet de fente pour l'amélioration du rendement des hélices d'avion et des roues a aubes d'autres dispositifs servant a refouler un fluide tel que l'air ou à être entraînés par un fluide sous pression et notamment desventilateurs ou turbines. En effet, on considère pour la conception des hélices conventionnelles et des roues à aubes que chaque partie de l'hélice ou chaque aube se comporte corn- me une aile d'avion. La poussee totale de I'hélice, en fonctionnement, est la somme des poussées partielles-de chaque élément de la pale et de même la traI- née totale est la somme des traînées partielles de chaque élément de pale. Les figures 3 et 4 montrent deux modes de réalisation d'un ensemble d'hélices d'avion selon l'invention. A la figure 3, on voit un ensemble selon l'invention comprenant deux hélices 3, 4 d'un profil donné et de même structure montées l'une derrière l'autre sur l'arbre de commande 5 d'un moteur d'avion 6. Les hélices 2 et 4 sont écartées l'une de l'autre par un disque d'ecartement 7. Par contre, a la figure 4, l'ensemble selon l'invention comporte deux hé lices 9 et 8 de structures différentes et dont l'une est constituée par une h li6e drtN profil dbternine d'une manière connue classique 9 tandis que l'autre 8 présente une structure particulière. Les hélices 9 et 8 sont de nouveau montées l'une derrière l'autre sur l'arbre d'entraînement 10 d'un moteur 12 d'un avion et écartées l'une de l'autre par un disque 11. Bien entendu, l'hélice 9 peut, en variante, être également constituée par une hélice de la même structure que l'hélice 8. Avec les modes de réalisation représentés aux figures 3 et 4, on a effectué de nombreux essais pratiques en faisant varier l'écartement axial entre les paires d'hélices 3,4 et 8,9 pour vérifier l'efficacité réelle de l'effet de fente connu jusqu'ici uniquement pour les ailes des avions. On a utilisé des hélices 3,4 et 9 d'un diamètre de 147 cm et des hélices spéciales d'un diamètre de 137 cm et on a fait varier leur écartement axial entre 25 mm et 50 mm. Dans les deux cas (figures 3 et 4), le meilleur rendement fut obtenu avec un écartement axial d'environ 35 mm. L'augmentation de la puissance de traction obtenue grâce à la structure selon l'invention était de l'ordre de 3 % à 5 % par rapport à la puissance réalisée avec une seule hélice conventionnelle jugée de bon rendement sur ce même avion. Ces résultats pourront certainement encore être améliorés avec des hélices a pas variable. Ils démontrent clairement qu'on retrouve pour ce montage les avantages de l'effet de fente. Le montage selon l'invention peut donc être appliqué à d'autres dispositifs tournants notamment aux pales des hélicoptères, des autogires et d'autres appareils à voilures tournantes. Il peut également être utilisé pour des turbines et ventilateurs ou compresseurs ou encore des turbo-propulseurs et réacteurs. On n'a pas encore pu établir une relation mathématique entre la géométrie des hélices ou pales et l'écartement axial entre les deux hélices ou roues à pales, mais les expériences pratiques ont démontré que cet écartement doit rester faible pour obtenir l'effet de fente et ainsi l'augmentation de puissance recherchée. L'hélice 8 représentée à la figure 4 et désignée ci-dessus comme hélice spéciale présente, selon l'invention, un profil calculé d'une manière connue pour une vitesse périphérique supérieure à celle de la cellule de l'avion sur lequel elle est utilisée. Cette structure permet d'exploiter dans les meilleu res conditions les turbulences produites entre les deux hélices gracie audit effet de fente. Des essais pratiques ont démontré que la vitesse périphérique qui doit être prise en considération pour déterminer les profils de l'hélice spéciale 8 est de l'ordre de quatre à cinq fois plus grande que celle de l'avancement de l'avion, lui même. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation dé crits et représentés ici mais on peut y apporter de nombreuses modifications sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif tournant destiné à assurer le déplacement d'un corps dans un fluide ou à être entraîné en rotation par un fluide sous pression et du type comprenant un moyeu ou une roue calé sur un arbre de commande et qui est muni d'au moins deux pales radiales évoluant dans ledit fluide, caractérisé en ce qu'il comporte au voisinage direct dudit moyeu ou de ladite roue un deuxième moyeu ou une deuxième roue muni également de pales radiales et qui est calé sur ledit arbre de commande, l'écartement axial entre les deux moyeux ou roues étant tel qu'il se produiMS entre les pales des deux moyeux ou roues un effet de fente tel que connu entre les ailes des biplans 2. Dispositif tournant suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les profils des pales de la première et de la deuxième roue sont identiques. 3. Dispositif tournant suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le profil des pales de ladite deuxième roue est différent de celui des pales de ladite première roue. 4. Dispositif tournant suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisE en ce que les pales d'au moins l'une des deux roues sont des pales a pas variable, des moyens de commande étant prévus pour faire varier le pas desdites pales en fonction du régime de rotation de l'arbre de commande. 5. Dispositif tournant suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les profils des pales d'au moins l'une desdites roues sont établis d'une manière connue pour une vitesse d'écoulement de fluide supérieure à celle rencontrée dans le milieu général du dispositif.