Brevet FR2533528A1 — publié le 19840330

La présenteinvention concerne un système d'élimi- nation de la résistance à l'avancement des véhicules navals, lequel réunit des qualités bien supérieures à celles de tous les systèmes ayant la même mission connue jusqu'à présent, aussi bien par sa conception rationnelle que par sa simplici- té et son efficacité. L'objet de la présente invention est de permettre la réalisation de véhicules navals capables d'atteindre des vitesses et des rendements supérieurs, avec l'économie d'- I 0 énergie qui en résulte, grâce justement à l'élimination ou à la réduction des résistances à l'avancement dans l'eau, dues aussi bien à la friction qu'à la formation de vagues, à la viscosité etc Le système objet de l'invention se fonde sur l'uti- I 5 lisation d'une série d'éléments extérieurs mobiles, par rapport au véhicule, qui sont associés à la structure de ce dernier. Ces éléments extérieurs possèdent une capacité de flottement suffisante pour supporter le poids du véhicule, permettant ainsi de supprimer, en totalité ou en partie, la surface dé la coque immergée, traditionnellement utilisée comme surface de flottement supportant le véhicule. Les éléments extérieurs mobiles sont constitués par des flotteurs rotatifs ou mobiles se déplaçant selon une tra- jectoire fermée, de préférence circulaire. En définitive, le principe essentiel de l'invention réside dans le remplacement de la surface traditionnelle de support du bateau par un système de flottement mobile, qui peut avoir la forme d'une roue, d'une turbine, d'une hélice etc Ce système de flottement mobile peut être ou non propulseur en même tem-ps que porteur de la totalité du véhi- cule. Si le système de flottement n'est pas du type pro- pulseur, il sera à rotation libre, le véhicule étant alors muni d'un système propulseur traditionnel indépendant. Comme on peut le déduire de tout ce qui précède, il s'agit, conformément à l'invention, de rapprocher un véhi- cule naval d'un véhicule terrestre en remplaçant approxi- mativement l'effet de frottement de la coque dans l'eau par un effet de roulement, obtenu par les éléments flotteurs mobiles. Avec le système de l'invention, la coque du bateau est pratiquement réduite à une quille stabilisatrice. Par suite de l'augmentation du rendement obtenue avec le système-de l'invention, si on utilise des moteurs très rapides, on peut employer des sytémes de propulsion par hélices, séparés des flotteurs, qui peuvent agir directement IO sur l'air sans avoir besoin de grandes réductions, comme cela arrive sur les bateaux actuels de grand tonnage. Sur les véhicules terrestres du type à roues, il n'y a pas de pertes par glissement sur le terrain puisque les roues portent sur celui-ci, de sorte qu'on exploite ainsi I 5 toute l'énergie utile appliquée à la roue pour provoquer la propulsion du véhicule, sauf dans les cas o le terrain est peu consistant, argileux,sablonneux etc Dans l'eau, l'avancement des bateaux peut être con- sidéré comme le résultat de la poussée d'un jet d'eau cree par l'hélice, la turbine etc avec la réaction correspondan- te du bateau dansle senis contraire, et s'il n'y avait pas d'eau sur laquelle agit ledit jet d'eau et contre laquelle avance le bateau, il serait équivalent d'étudier le bateau et le jet d'eau séparément, étant donné l'égalité de la pous- sée mécanique et de la quantité de mouvement, car à toute action s'oppose une réaction égale et de sens contraire Si la masse du bateau et celle de l'eau projetée sont égales, les deux se déplaceront à la même vitesse et avec la même puissance, en sens contraire, mais avec perte de la moitié de l'énergie appliquée, cette perte représentant la moitié, sous réserve de l'application de la proportion entre la masse du bateau et celle de l'eau pr Gjetée Si à ce moment là on plaçait une paroi sur laquelle se heurterait le jet d'eau, on exploiterait toute l'énergie appliquée, par conséquent, le double de celle exploitée avec le jet libre, quand il n'y a pas de points d'appui Si cette paroi est remplacée par de l'eau, comme celle-ci est déplacée par le jet, on n'obtiendra pas un rendement aussi élevé qu'avec la paroi mais ce ren- dement sera bien supérieur au rendement avec-une sortie 1 ibre. Sur les véhicules navals à pales, plus celles-ci sont grandes moins l'effet de glissement est important. Un autre avantage de la présente invention réside dans le fait que du point de vue de la fabrication indus- trielle, on obtient une importante amélioration en permettant l'utilisation de moyens et de mécanismes connus quant à leur IO conception, mais qui rendent possible une nette amélioration par rapport au but poursuivi. Tous ces antécédents ont conduit aux perfectionne- ments auxquels se réfère le présent mémoire, qui tendent à éliminer tous les inconvénients existant actuellement et à I 5 obtenir des avantages importants. On réalise ci-après une étude approximative d'o ressortent les avantages de l'in'vention; on indique en pre- mier lieu la signification des symboles utilisés: EHP Puissance effective ou puissance de remorquage pour naviguer à une vitesse donnée. IHP Puissance indiquée de la machine (mesurée sur les cy- lindres de cette machine). T Ir HP Pertes de puissance de la machine et de la transmis- sion jusqu'à l'hélice. Prl P Pertes de la puissance du propulseur (hélice). Rf HP Puissance nécessaire pour vaincre la résistance de friction Rf. R HP Puissance nécessaire pour vaincre la résistance due w à la formation de vagues Rw. Rv HP Puissance nécessaire pour vaincre la résistance due à la viscosité RV. Ra HP Puissance nécessaire pour vaincre la résistance par impact frontal air Ra' Rx HP Puissance nécessaire pour vaincre la résistance dans le sens vertical s'exerçant sur la pale. On indique ci-après des Valeurs approximatives des différentes résistances qui agissent sur la coque des bateaux en fonction de leur vitesse ' vitesse vitesse vitesse basse moyenne haute Rf 70 % Rt 45 %Rt 25 %, Rt Rw 23 % Rt 45 % Rt 60 % Rt Rv 5 % Rt 5 % Rt 5 % Rt Ra 2 t% R 5 %' Rt IO O % Rt I O O Sur les bateaux: IHP = Tr HP + Pr HP + EHP, r r et comme EHP = Rf HP + Rw-HP + R HP + Ra HP, f 'w v a EHP correspond approximativement à 50 % de IHP, donc IHP = Tr HP + Pr HP + Rf HP-+ RWHP + R HP + Ra HP, I 5 o Rr HP et Pr HP correspondent, approximativement à 20 % et % respectivement de IHP. En éliminant avec le nouveau système, la résistance (Rf+ Rw + Rv), la résistance totale devient N fois moindre et, par conséquent, la puissance nécessaire ou indiquée sera IHP/n. En outre, en éliminant l'hélice disparaît le terme propul- seur Pr HP, qui est égal à 30 % de IHP et s'ajoutent à la place les pertes dues au nouveau système de propulsion Rx HP (à cause du déplacement de l'eau verticalement) dont la valeur est li- mitée à environ IO t de IHP en pertes dans les systèmes de flotteurs du type réservoir et dans celui de pales qui agissent sur l'eau verticalement avec la section de résistance minima- le, ce qui permet d'obtenir une amélioration du rendement. Avec le nouveau système, la formule est donc la sui- vante: l HP = Tr HP ±Rx HP + Ra HP. r vant On n'a pas pris en compte les résistances occasion- nelles dues au vent, au mauvais état de la mer etc Exemple de réduction de la puissance indiquée IHP, celle-ci étant de 100 CV pour un bateau avec une vitesse mo- yenne: IH = Tr HP + PHP + Rf HP + Rw HP + Rx HP + R HP i OO = 20 + 30 + 22,5 + 22,5 + 2,5 + 2,5 CV. Avec le nouveau système Rt = Ra et EHP = Ra HP = 2,5 CV. Avec propulsion normale, par exemple à hélice, considérant le nouveau système EHP= 50 % EHP -a 1 IHP EHP= 5 CV 0.5 on aurait IHP = Tr HP + Pr HP + Ra HP = I + 1,5 + 2,5 CV. I O Avec le nouveau système de propulsion o les per- Io tes sont de I O % au lieu des 30 % dus à l'hélice R HP = IO % de 5 = 0, 5 x ce qui donne IHP = Tr HP + R HP + Ra HP r x *a I 5 4 = I + 0,5 + 2 5 CV. La résistance totale à l'avancement d'une surface dans l'eau est de R = Im S V 2 si on admet qẻ: m = masse d = densité I m = Kl on a R K 1 S 2 î m = K 111 S V 2 cette constante devant être affectée aussi en fonction du pro- fil du bateau réduisant ainsi K et, par là même, la résistan- ce totale. Résistance à l'avancement du bateau dans l'eau R = K S V 2 La résistance de friction Rf la plus importante du bateau à basse vitesse est Rf = Kf d S VI 825 S = Surface mouillée -de la coque du bateau. Kf = O I 422 pour des bateaux de I 00 m de longueur et diminue de 0 00003 pour chaque 10 m de longueur en plus. La résistance Rw due à la formation de vagues est la plus importante à haute vitesse: V 4 D 2 Rw = K_ D = déplacement E E = Longueur La constante Kw = 0 065 sur bateaux lents et de formes pleines 0.05 sur bateaux rapides et de formes très fines. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à des formes d'exécution particu- lières données à titre d'exemples seulement et représentées Io aux dessins annexés, sur lesquels La Figure I est une vue en perspective représen- tant une réalisation élémentaire des éléments extérieurs mobiles applicables à un véhicule marin. Les figures 2, 3, 4, 7, 8,9 et I 3 sont des vues en I 5 perspective de plusieurs variantes d'exécution des éléments extérieurs mobiles. Les figures 5 et 6 sont des vues en plan et en coupe transversale d'une forme de réalisation possible sur la base des éléments mobiles représentés dans la figure 4. Les figures I 0, II et I 2 représentent d'autres for- mes d'application possibles des éléments mobiles des figures précédentés. La figure I 4 est une vue de face, en élévation, des éléments mobiles représentés dans la figure I 3. L'élément mobile peut être constitué, dans sa for- me la plus élémentaire, par un flotteur cylindrique tournant autour de son axe, ce qui permet d'éliminer les résistances à la friction et tout le long de l'axe vertical du'véhicule. La figure I montre ce flotteur cylindrique I, mais muni d'ai- lettes radiales 2, ce qui permet, en dépit d'une augmentation de la résistance le long de l'axe vertical du véhicule, de réduire la résistance à l'avancement ainsi qu'au glissement, par rapport à la forme cylindrique totale. Dans la figure 2, les éléments extérieurs sont constitués par des flotteurs 3, en forme d'ailettes ou pales flottantes, qui sont fixées sur l'extrémité extérieure des bras radiaux 4 solidaires d'un moyeu central 5, tout l'ensem- ble-tournant autour de l'axe de ce dernier Le véhicule ou engin flottant est muni d'une ou plusieurs de ces roues tournantes, qui peuvent être disposées par paires parallè- les avec un axe commun, au moyen duquel elles sont associées à la structure du véhicule ou engin flottant. La figure 3 représente une roue composée, comme dans le cas de la-figure -2 d'un moyeu central 5 et de bras radiaux 4 sur l'extrémité desquels sont articulés des flot- teurs 6 qui peuvent tourner autour du point d'articulation 7 I O avec les bras; Ces flotteurs seront munis, de préférence, d'un contrepoids ou lest 8, afin d'obtenir à tout moment la position idéale pour que leur surface d'action horizontale sur l'eau soit maximale. En ce qui concerne la figure 4, celle-ci représente I 5 une hélice, en forme de vis sans fin, prévue pour flotter qui fonctionne complètement immergée et tournant autour de son axe, lequel présente des tronçons d'extrémité 9 prévus pour supporter la structure du véhicule ou engin flottant Comme le montrent les figures 5 et 6, on peut disposer deux héli- ces parallèles, logées dans les carcasses correspondantes en rapport avec les extrémités 9 des axes desdites hélices. Dans la figure 7, les éléments mobiles sont consti- tués par deux grands flotteurs I O à axes parallèles, reliés au moyen de longerons II, l-es flotteurs I O fonctionnant com- me des rouleaux Ces flotteurs peuvent être munis de pales radiales I 2 Dans le cas de la figure 8, les flotteurs sont constitués par des corps ou caissons transveraux 13 fixés sur une bande continue I 4, montée sur les corps cylindriques I 5 dont les axes I 6 sont associés à la structure du bateau ou engin flottant. Dans le cas de la figure 9, on dispose une, série de flotteurs I 7 fixés sur une bande continue 18, montée sur des corps cylindriques ou tambours 19 dont les axes 20, comme dans le cas précédent, permettent-l'association avec la struc- ture de l'engin flottant Les flotteurs I 7 présentent, par rapport à la bande continue I 8, une forme du type en dents de scie, afin d'obtenir l'effet maximal lorsqu'ils se dépla- cent dans l'eau - La figure IO représente de façon schématique un engin flottant 21 eusuel on a appliqué le système de l'inven- tion selon la forme d'exécution représentée dans les figu- res 8 ou 9. La figure Il représente une structure 22 montée sur des éléments mobiles flottants de construction similaire à celle de la figure 2. La figure I 2 représente un bateau dont la structure est montée sur des éléments flottants du type représenté dans les figures I 3 et I 4 Dans ce cas, les éléments mobiles sont constitués par des flotteurs 23 d'une forme appropriée, montés entre reux disques 24 avec axes de rotation différents. Ce système permet d'obtenir une entrée et une action adéqua- tes des flotteurs 23 pendant leur déplacement dans l'eau, I 5 tout cela du fait que les flotteurs agissant à la manière de pales, exercent leur action toujours verticalement en tour- nant maintenus par les deux disques avec axes de-rotation dif- férents. Comme on le voit, selon les caractéristiques du véhi- cule à haute ou à basse vitesse, la disposition et la forme des flotteurs peuvent varier. Le système de l'invention présente les avantages suivants: Il réduit ou élimine la résistance à l'avancement, il permet d'obtenir un meilleur rendement et est donc plus économique, Comme il est moins lourd que le bateau, on peut obtenir de plus grandes vitesses, il coupe plus difficilement, En cas d'utilisation d'une voile celle-ci est plus opérante que sur les bateaux actuels, Il permet de transporter toutes sortes de poids, Il n'est pas affecté par des pertes dues au ba- lancement du bateau. Il permet d'obtenir un amortissement meilleur que celui des bateaux actuels, Il permet d'obtenir une meilleure manoeuvrabilité. Avec le système de l'invention, la poussée néces- saire est moindre puisque la résistance à l'avancement est éliminée; avec ce système on réduit la puissance perdue par glissement, ce qui entraîne une nouvelle diminution de la poussée nécessaire. Il est précisé que des modifications peuvent être apportées au système objet de l'invention en ce qui concerne les matériels, les dimensions, la forme et, en général, tout ce qui est accessoire ou secondaire, à -condition que ces chan- IO gements n'altèrent, ne changent ou ne modifient pas le prin- cipe essentiel de cette invention. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux fo?- mes d'exécution qui viennent d'être décrites et-représentées, on pourra y apporte-r de nombreuses modifications de détails I 5 sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention. Io R E V E N D I C A T I O N S I Système d'élimination de la résistance à l'avancement des véhicules navals caractérisé par le fait qu'il consiste à disposer, associés à la structure du véhi- cule plusieurs éléments extérieurs mobiles, par rapport à ladite structure, possédant une capacité de flottement suf- fisante pour supporter le poids du véhicule et permettre la suppression totale ou presque totale, de la surface de-la coque immergée, ces éléments mobiles étant constitués par I O des flotteurs rotatifs (I) ou se déplaçant selon une trajec- toire fermée, de préférence circulaire. 2 Système conforme à la revendication I, carac- térisé par le fait que les flotteurs ont une forme à peu près cylindrique (I) avec des pales radiales ( 2) sur leur I 5 périphérie, ces flotteurs étant disposés en position verti- cale par paires avec un axe de rotation commun, qui permet l'association avec la structure du véhicule. 3 Système conforme à la revendication I, carac- térisé par le fait que les flotteurs sont montés sur les extrémités de bras radiaux ( 4) solidaires d'un moyeu central ( 5) selon un plan vertical, la structure du véhicule étant associée à l'axe de moyeux se faisant face. Système conforme à la revendication 3, carac- térisé par le fait que les flotteurs tournent autour du point d'articulation avec les bras radiaux et possèdent un contre- poids ( 8) qui pousse ces flotteurs vers une position constante. Système conformé à la revendication 1, carac- térisé par le fait que les flotteurs ont une forme hélicoï- dale, leurs extrémités présentant des prolongations cylindri- ques, selon l'axe de rotation, qui permettent de les associer à la structure du véhicule. Système conforme à la revendication I, carac- térisé par le fait que les flotteurs sont fixés sur une bande continue ( 14) montée entre des roues ou des rouleaux ( 15) d'extrémité tournants dont les axes permettent de réaliser l'association avec la structure du véhicule. 7 Système conforme à la revendication 7, carac- térisé par le fait que les éléments extérieurs mobiles sont II munis de moyens de propulsion. 8 Système conforme à la revendication I, carac- térisé' par le fait que les éléments extérieurs mobiles sont à déplacement libre.