Brevet FR2501148A1 — publié le 19820910

La présente invention est relative à un dis- positif d'entraînement d'hélices en tandem pour bateau, comprenant un premier arbre d'hélice qui porte une pre- mière hélice, et un second arbre d'hélice monté concen- S trique au premier et qui porte une seconde hélice, les- dits arbres étant couplés de manière à être entraînés en rotation en sens opposé. Les hélices en tandem du type décrit ci-des- sus peuvent être utilisées avec des transmissions à gran- de puissance lorsqu'il est souhaitable d'utiliser des hélices de petit diamètre pour des raisons d'espace et afin de diminuer les forces d'inertie et les contrain- tes exercées sur la transmission. Dans les dispositifs d'entraînement connus à hélices en tandem, on a utilisé deux hélices ayant le même diamètre et le même nombre de pales, la seule différence essentielle étant qu'une hélice présente un pas à droite et l'autre un pas à gau- che. Ceci ne tient cependant pas compte du fait que 1' hélice arrière travaille dans des conditions différentes -ar rapiort à l'hélice avant, du fait qu'elle travaille dans le sil- lage de celle-ci. Il en résulte pour l'hélice arrière un rendement inférieur au rendement optimal. Le but de l'invention gst de réaliser un dis- positif à hélices en tandem du type décrit plus haut, qui soit conçu entenant compte des différences entre les conditions de fonctionnement des hélices afin de rendre optimal le rendement des deux hélices. Ce but est atteint suivant l'invention en réalisant l'hélice arrière avec un diamètre inférieur à celui de l'hélice avant et avec au moins une pale de plus par rapport à l'hélice avant. Dans un mode de réa- lisation du dispositif d'entraînement d'hélices suivant l'invention, l'hélice avant comporte trois pales et l'hé- lice arrière quatre pales. Les hélices avant et arrière engendrent ensem- ble un courant tubulaire d'écoulement de fluide qui fran- chit l'hélice avant. En utilisant suivant l'invention une hélice arrière ayant un diamètre inférieur à celui de l'hélice avant, on peut être assuré que cette hélice arrière se trouve bien à l'intérieur du courant tubulai- re d'écoulement et que les tourbillons engendrés par les extrémités des pales de l'hélice avant sont suppri- més. Le fait d'utiliser une hélice ayant une pale de plus que l'hélice avant est basé sur la considération qu'une hélice comportant par exemple quatre pales pré- sente un diamètre optimal plus petit qu'une hélice com- lO portant trois pales de sorte que pour une puissance et un nombre de révolutions donnés on obtient une hélice ayant un rendement optimal malgré son diamètre plus pe- tit. Ceci tient également compte du fait que l'hélice arrière agit sur l'hélice avant en attirant l'eau pro- venant de celle-ci. L'invention fournit un dispositif d'entraîne- ment pour hélices en tandem dans lequel les hélices four- nissent une poussée presque égale. Du fait que les héli- ces ont les mêmes limites de cavitation, elles sont fa- briquées de façon à présenter à peu près la méme surfa- ce totale de pales. Dans la pratique ceci signifie que le diamètre de l'hélice arrière doit être d'environ 85 à 95% du diamètre de l'hélice avant et que la largeur de ses pales doit être d'environ 75 à 85% de la largeur des pales de l'hélice avant. De plus le pas des pales de l'hélice arrière doit être jusqu'à 10% supérieur à celui des pales de l'hélice avant et son pas maximum doit être situé dans un rayon de l'hélice qui peut être jusqu'à 10% supérieur au rayon du pas maximum pour l'hé- lice avant, de façon à réduire ainsi le risque de cavi- tation par pression latérale. En particulier dans les dispositifs d'entraî- nement intérieur-extérieur (inboard-outboard), compor- tant des arbres d'entraînement inclinés servant à la di- rection, dans un mode de réalisation préféré, les arbres d'hélices sont coupléscd façon à entraîner l'hélice avant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et l'hé- lice arrière dans le sens des aiguilles d'une montre. Dans les dispositifs d'entraînement intérieur-extérieur ayant des arbres inclinés servant à la direction, les moments extérieurs agissant sur la branche extérieure ou hors bord, qui s'ajoutent au couple moteur et au mo- ment de réaction exercé sur l'hélice par l'eau, présen- tent des composantes agissant le long de l'arbre servant à la direction. Du fait que les moteurs à combustion com- lO portent habituellement des arbres rotatifs tournant dans le sens des aiguilles d'une montre, les composantes du couple coopèrent avec les hélices tournant dans le sens des aiguilles d'une montre ce qui donne un moment de di- rection supérieur. Avec des hélices tournant en sens in- verse des aiguilles d'une montre, les moments se contra- rient l'un l'autre et produisent un moment de direction plus faible. Cette condition est encore accentuée par la force transversale à laquelle l'hélice est soumise lors- qu'elle force pour avancer dans l'eau, en raison du fait que les pales d'hélice prochesde la surface de l'eau produise moins de force que les pales situées plus pro- fondément. La configuration suivant l'invention est ba- sée sur le fait que l'hélice avant, en accélération ou dans les virages serrés par exemple, peut provoquer des bulles de cavitations sur l'hélice arrière, qui ne tra- vaille alors plus dans de l'eau 'propre" et absorbe par conséquent un couple plus faible avec une poussée consé- cutive plus faible. Lorsque le dispositif d'entraînement est ainsi soumis à certaines conditions de fonctionnement imposées par l'hélice avant, il est avantageux pour des raisons données plus haut qu'elle tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels la Fig. 1 est une vue en élévation latérale et en coupe partielle d'un dispositif d'entraînement pour hélices en tandem suivant l'invention; la Fig. 2 est une vue schématique montrant le courant tubulaire d'écoulement engendré par les hélices; les Fig. 3 et 4 sont des vues de face et en perspective des.hélices avant et arrière. Le dispositif d'entraînement d'hélices dési- gné dans son ensemble par la référence 1 à la Fig.1 est un dispositif du type dit intérieur-extérieur, con- çu de façon à être monté sur le tableau d'un bateau et de façon à être relié à l'arbre de sortie d'un moteur (non représenté). Le dispositif d'entraînement contient un mécanisme inverseur comprenant un arbre d'entraine- ment 2 ayant un engrenage conique 3 en prise constante avec deux engrenages coniques 4 et 5. L'engrenage 4 en- traîne un arbre d'hélice 6 et l'engrenage 5 entraîne un arbre d'hélice 7 constitué par un arbre creux monté con- centrique à l'arbre 6. L'arbre 6 porte une hélice 8 et l'arbre 7 une hélice 9. Dans l'agencement décrit les arbres d'hélices tournent en sens opposé, le sens de ro- tation de l'arbre 2 étant choisi de manière que l'arbre 7 tourne en sens inverse des aiguilles d'une montre en considérant le bateau de l'arrière. Suivant l'invention l'hélice avant 9 présen- te un diamètre supérieur à celui de l'hélice arrière 8, de sorte que cette dernière se trouve tout à fait à l'in- térieur du courant d'écoulement tubulaire 10 engendré par les hélices, comme représenté schématiquement à la Fig. 2, de sorte que l'hélice arrière 8 n'est pas per- turbée par les tourbillons formés par les extrémités des pales de l'hélice avant 9. Suivant le mode de réalisation représenté à la Fig. 1, le diamètre de l'hélice arrière 8 est de 95% du diamètre de l'hélice avant, mais en fonc- tion de différents facteurs tels que le niveau de charge 250 1 1 48 par exemple, le diamètre de l'hélice arrière peut être de 85 à 95% du diamètre de l'hélice avant. Comme on le voit aux Fig. 3 et 4, l'hélice arrière comporte quatre pales 11, tandis que l'hélice avant comporte trois pales 12. La largeur des pales de l'hélice arrière peut varier entre environ 75 et 85% de la largeur des pales de l'hélice avant et suivant le mo- de de réalisation représenté, la largeur des pales de l'hélice arrière est d'environ 75% de la largeur des pa- les de l'hélice avant. L'hélice arrière peut avoir le mê- me pas ou un pas supérieur pouvant atteindre jusqu'à 10% de plus par rapport à l'hélice avant, et son pas maximum peut se trouver situé au même rayon ou a un rayon supé- rieur de 10% par rapport au pas maximum de l'hélice avant. Pour supprimer le risque qu'une hélice dété- riorée soit remplacée par une hélice qui ne satisfasse pas aux impératifs ci-dessus concernant l'adaptation de l'autre hélice, il est souhaitable que chaque hélice com- porte différentes marques indiquant avec quelle hélice elle doit être combinée. Un procédé simple pour attein- dre ces résultats consiste à marquer des hélices corres- pondantes avec la même couleur, par exemple en peignant un bande colorée autour du moyeu de l'hélice. - REVENDICATIONS - 1.- Dispositif d'entraînement à hélices en tandem pour bateau, comprenant un premier arbre d'hélice portant une première hélice et un second arbre d'hélice monté concentrique au premier et portant une seconde hélice, lesdits arbres étant couplés de façon à être entraînés en rotation en sens opposé, caractéri- sé en ce que l'hélice arrière (8) des deux hélices en tandem présente un diamètre plus petit que l'hélice avant (9) et au moins une pale de plus que ladite héli- ce avant. 2 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'hélice avant (9) comporte trois pales (12) et l'hélice arrière (8) comporte quatre pales (11). 3.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'hélice arrière (8) présente un diamètre qui est de 85 à 95% du diamètre de l'hélice avant (9) et en ce que la lar- geur de ses pales est de 75 à 85% de celle de l'hélice avant. 4.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le pas de l'hélice arrière (8) est supérieur au pas de l'hélice avant (9) dans une proportion pouvant s'élever jusqu'à 10%, et en ce que son pas maximum se trouve situé sur un rayon qui peut être jusqu'à 10% supérieur au rayon o est situé le pas maximal de l'hélice avant. 5.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les arbres d'hélices (6,7) sont couplés pour être entraî- nés de façon à entraîner l'hélice avant (9) dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et l'hélice arrière (8) dans le sens des aiguilles d'une montre. 6.- Dispositif a hélices en tandem comprenant 2501 148 deux hélices qui sont adaptées pour être montées sur des arbres individuels dans un dispositif d'entraîne- ment à deux arbres d'hélices montés concentriques pouvant être entraînés en sens opposés, caractérisé en ce qu'une hélice (8) qui est destinée à être mon- tée en arrière de l'autre hélice (9) présente un dia- mètre plus petit et au moins une pale de plus que l'autre hélice. 7.- Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'hélice avant (9) comporte trois pales (12), l'hélice arrière (8) comportant quatre pales (11). 8.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le diamètre de l'hélice arrière (8) est d'environ 85 à 95% du diamè- tre de l'hélice avant (9), la largeur de ses pales étant de 75 à 85% de la largeur des pales de l'hélice avant. 9.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le pas de l'hélice arrière (8) est supérieur au pas de l'hélice avant (9) dans une proportion pouvant s'élever jusqu'à %, et en ce que son pas maximum se trouve situé à un rayon qui peut être jusqu'à 10% supérieur au rayon du pas maximal de l'hélice avant. 10.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que chaque hélice (8, 9) comporte une marque qui indique avec quelle hélice elle doit être combinée. 11.- Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les hélices (8, 9) adaptées pour être utilisées en combinaison portent une marque de même couleur.