Brevet FR2537539A1 — publié le 19840615

I DESCRIPTIOI a présente invention concerne les hélices du t Vpe à pas variable qui permettent d'bbtenir les variations de puissance transmises tout en aseu- rant un changement de marc Hlw dû navire. Dans les dispositifs de ce genre connus Jusqu'à prsent, on ne peut. que changer le pas en agissant d'lune manfière Mgale sur toutes les pales. Ie mnavire est alors équipé d'un gouvernail lui permettant d'effectuer les évolutions désirées,, mais toutefois limit'és Certains déplacements ne peu- vent être obtenue. L'hélice, selon l'invention, permet de résoudre ces problèmes Elle est associée à un dispositif de commande permettant d'obtenir le pas va- riable et le pas sinusoidal autorisant toutes les évolutions du navire. Le dispositif a l'apparence extérieure de la fig I Le volant B est solidaire de l'arbre porte-hélice A Il est supporté par deux paliers J et K Le palier J comporte un alesage D de fort diambtre permettant à l'arbre O de se mouvoir latéralement dans le volant L'arbre O est supporté pav le bloc- cylindre G, et est attelé à un pistom Z. Le bloc-cylindre G est supporté par un axe implanté dans les corps de paliers I et J, sur lequel il est libre en rotation mais fixe en translation Il subit un mnuvement de semirotation lorsqu'il est sollicité par le piston M,, CO par une pression d"huile Cette distribution de pression est regul 6 e par un tiroir L qui est sollicité par la commande E Le tiroir L est asser- vi am déplacement du piston Me le bloc-cylindre G subit une rotation donnant un déplacement angulaire fonction du déplacement du piston M la tige de piston C et sa bielle sont ancré'es sur le bloc-cylindre G, par une chape articulée Ce déplaoement du bloc-cylinfre G permet d'obtenir le pas sinu- soidal de l'hélice Q. Le déplacement en translation de l'arbre O est obtenu par pression hydraulique sur le piston Z Ce déplacement est régulé de la mime manière que pour le piston M les déplacements en translation et en excentricité de l'arbre O sont à la base du fonctionnement du système Les pas de l'hé- lice sont fonction de l'amplitude de ces déplacements L'arbre O (fig 5) supporte une bague 20 sur laquelle sont implantées des rotules 32 suppor- tant des leviers 26 La bague 20 est "ontée libre en rotatiom mais fixe en translation Les rotules sont cal 4 es à 902 les unes par rapport aux autres. Entre les deux flasques du volant B (fig 5) sont montés quatre grou- pes de deux cadres ( repr 22) Ces quatre groupes de deux cadres sont cales à 90 et en concordance avec les rotules 32. Chaque groupe de cadres est monté comme sur la fig 7 Le cadre mâle 29 est emboité à frottement doux dans le cadre femelle 22 Ils sont liés entr'eux par les axes 30 Un de ces axes comporte un pignon conique ( 27) situé sur une des faces internes du cadre mâle ( 29). Les axes ( 30) sont solidaires du cadre femelle ( 22), mais ils sont libres en rotation dans le cadre mâle ( 29) Un deuxième pignon ( 28) for- me couple orthogonal avec le pignon ( 27) Le pignon ( 28) est claveté sur l'axe ( 33) qui passe au travers du cadre mâle ( 29) dans une douille L'a- xe ( 33) est libre en rotation dans le cadre m Sle ( 29) L'autre axe ( 33) opposé au premier est fixé sur le cadre mâle ( 29) Les axes ( 33) viennent s'implanter dans des coussinets, situés sur les flasques du volant (B), tel que sur la fig 6; ils sont libres en rotation dans ces coussinets. L'axe ( 33) qui %u 1 est solidaire du pignon ( 28), supporte un pignon droit ( 2 I) qui lui est solidaire par clavetage Ce pignon i denture droite vient I 5 engrener avec un secteur de pin-on droit, qui est lui-m 8 me claveté sur un axe (N) Cet axe (N) va au moyeu de l'hélice au travers de l'arbre porte- hëlice (A) Le couple de pignons droits a un rapport multiplicateur égal à deux (Un seul groupe de cadres et une seule rotule sont sur la fig 6, ceci pour la clarté du dessin). Dans le moyeu de l'hélice, nous avons les pignons coniques clavetés sur les axes (N) fig 8 qui sont couplés orthogonalement aux pignons coni- ques des pieds de pales ( 34) Le cadre femelle ( 22) fig 5, comporte un tube guide ( 37) Ce tube se trouve dans un plan orthogonal à celui o sont situés les axes supportant le cadre mâle ( 29) fig 6 Les leviers de ro 9 u- les 26, viennent se glisser à frottement doux dans les tubes guide ( 37 >. Une liaison no; rigide est ainsi assurée entre le support de rotules ( 20) et les cadres ( 22) La bague support de rotules comporte un bras d'en- trainement ( 23) qui est disposé suivant la bissectrice formée par l'an- gle de calage de deux rotules Ce bras d'entrainement vient se glisser dans l'alésage d'un axe ( 25) coulissant dans deux douilles situ Aes dans les flasques du volant (B) Le bras ( 23) est coulissant dans l'axe ( 25) lorsque le volant tourne et que l'arbre O est excentré Le bras ( 93) en- traine le support de rotules lorsque le volant tourne. Lorsque le support de rotules ( 20) vient de O en O fig 9, nous a- voyens une légère rotation du supporte le point (a) vient en (b), nous avons la nouvelle position du support de rotules qui a tourné d'un cer- tain angle Les leviers de rotules occupent une position telle que cel- le de la, fig 9 Pour chaque rotation de 90 du bras d'entraînement ( 23) les différentes positions du support de rotules sont données par les fig 10 et Il et I 2 On revient ensuite i la position de la fig 0. Nous constatons que les inclinaisons des leviers de rotules sont va- riables lors de la rotation du volant (B) Ces inclinaisons sont toujours positives dans le sens entretenant le fonctionnement du dispositif Le pas cyclique est ainsi obtenu, il se reproduit suivant une sinuso da/ pour chacue pale Nous pouvons tracer la sinus Ode de chaque pale, en partant dez points Cd,ef, de la fig 9 À L'axe des abcisses matérialise alors le pas variable constant obtenu en-prppulsion qui est une constante pour un cran déterminé Les sinusoldes montrent alors les variations de pas, par rapport à cette constante, Les points de départ du tracé dessinuso - des sont positifs ou négatifs en fonction des rotations positives ou néga- tives imprimées par les inclinaisons des leviers 26 sur les axes ( 33) fig 9, supportant les pignons 28. La figure 5, montre la disposition des pignons ( 27) dans le disposi- tif de commande de l'hélice tribord En effet, en déplaçant l'arbre ( 0) en I 5 translation vers l'avant du navire suivant la flèche lMI) fig 7, les pi- gnons ( 28) vont tourner dans le sens (ft) Les axes (N) vont tourner dans le sens (f 4) fig 8) Les axes 34 des pieds de pales vont tourner dans le: sens (f 5) L'héelice tourne suivant la flèche (f 6) Nous réunissons alors les conditions pour obtenir le déplacement du navire en marche Avant par réaction des pales sur le liquide Ceci est matérialisé sur la fig 19 p par la position des pales I et 2 Le raisonnement est le mgme pour comprendre l'action du dispositif de commande babord sur les pales de l'hélice Les pales occupent alors les positions 3 et 4 de la figure 19 Les hélices sont convergentes et tournent toujours dans le m 8 me sens quelque soit la manoeuvre effectuée. Sur la figure 13 nous avons matérialisé les dispositifs de commande ba bord et tribord Seuls sont figurés les pignons ( 28) occupant la posi- tion verticale et les leviers de rotules correspondant En effet seuls les leviers passant par cette position agissent d'une valeur apprécia- ble sur-les pignons ( 26) lors de l'excentrivité de l'arbre ( 0). Sur la fig 13, les flèches indiquent le sens de rotation des pi- gnons pour obtenir la marche Avant Si l'arbre ( 0) est excentré de o en o' sur le dispositif tribord, nous avons: une rotation du pignon supérieur imprimée par le levier de rotu- le Cette rotation amplifie la valeur angulaire obtenue pour la marche- Avant. une rotation du pignon inférieur imprimée par le levier de rotu- le Cette rotation diminue la valeur angulaire obtenue pour la marche- Avant Si l'arbre O est excentré de o en ol sur le dispositif babord, nous avons: Une rotation du pignon supérieur imprimée par le levier de rotule. Cette rotation diminue la valeur angulaire obtenue pour la marche Avant. une rotation du pignon inférieur imprimée par le levier de rotule. Cette rotation amplifie la valeur angulaire obtenue pour la marche Avant. Ces résultats ont pour effet de modifier le pas des pales, tributai- res, de la valeur angulaire prise lors de la rotation des pignons 28. Ces variations de pas sont précisées sur la fig 13, par les signes plus et moins Il en résulte au niveau des pales considérées de nouvelles réactions R et RI (fig 19 fig 25). I O Le navire vient alors sur le tribord sous l'effet des résultantes obte- nues En analysant les gig I 39 I 9, 25 149 20, 26 I 5, 21, 27 - 16, 229 28 17, 23, 2 et IP 8 249 30 -par groupes de trois, nous compre- nons toutes les possibilités d'évolutions du navire. Si nous développons les cas de figures ci-dessus, on se rend compte que le navire peut se déplacer suivant les 360 de la circonférence. La gouverne du navire est obtenue par le volant ( 3) qui provoque le dé- placement latéral des arbres ( 0) dans le m 8 me sens. Le dàplacement latéral du navire est obtenu par le volant (I 3) nui provoque le déplacement des arbres ( 0) dans des sens opposés Par un ren- voi orthogonal, le volant ( 3 " commande en rotation la vis ( 5) à pas uni- que Le chariot (I) se déplace alors en translation sur la glissière ( 2). La vis ( 6) est supportée par le chariot et des paliers La rainure de clavette ( 16) permet la translation de la vis_( 6) dans son pignon d'en- trainement Les écrous ( 7) sont fixes en rotation. La rotation du volant ( 3) provoque le déplacement du chariot (T), les écrous ( 7) sont alors entrainés dans un mame sens Les leviers ( 12) attelés aux écrous ( 7) par les bieilettes ( 8) entrent en rotation et sollicitent les renvois orthogonaux ( 15) Les axes de commande (I 7) agissent alors sur les biellettes (E) attelées aux commandes de tiroirs (L) Tes tiroirs distri- buent alors une pression d'huile sur l'unme ou l'autre face des pistons (?e). Les deux blocs-cylindres (G) entrent en rotation pour excentrer dans le même sens les deux arbres ( 0), les cas des figures 13, 14, 15, et 16 sont alors réalisés Les tiroirs sont asservis aux pistons (v). Par un couple de pignons droits ( 14), le volant (I 3) commande la rotation de la vis ( 6) qui comporte deux pas à sens inverses Les écrous ( 7) se déplacent en sens opposés Les deux tiroirs vont alors se déplacer en sens inverses provoquant les déplacerments inverses des deux pistons (L). Les deux blocs-cylindre (G) subissent des rotations de sens opposes Les cas des fig 17 et IF sont alors réalisés pour arbres ( 0). Le: commandes en translation des arbres ( 0) sont obtenues par l'l ction des leviers (I 0) couplés aux disques ( 9) supportant les butées (Il) fig 4 Sous l'impulsion des leviers (I 0) les deux couples orthogonaux ( 19) en- trent en rotation pour commander les axes (I 8) qui viennent agir sur les coulidseaux (W) attelés aux commandes des tiroirs; ceci se fait par les biellettes (M) Les commandes de tiroirs sont libres en rotation sur les coulisseaux Elles peuvent ainsi suivre les rotations imprimées aux blocs- cylindres (G) Les tiroirs distribuent une pression d'huile sur l'une ou l'autre des faces des pistons (Z) attelés aux arbres ( 0) Les déplace- IO ments obtenus se font suivant les sens des flèches (f) ou (f I) fig 7. Les butées (II) des disques ( 9) Ont pour but de limiter les valeurs des crans de gouverne du navire Les pas sinusoïdaux ainsi obtenus ne peuvent en leur point maximum dépasser le pas imprimé pour la propulsion L'un des disques est attelé à l'un des leviers par un couple de pignons I 5 droits Ce montage est impératif pour avoir en permanence une butée en position adéquate, tel, que défini aux figures 3 I à 36. Une seule butée régule les déplacements des écrous ( 7), ceux-ci g- tant synchronisés par la vis ( 6) Les leviers (I 2) et les disoues ( 9) sont montés sur un même axe et séparés par des entretoises. Pour obtenir le déplacement latéral du navire, le volant (I 3) est tourné une fois pour toute sur le côté droits que ce soit pour des dé- placements babord ou tribord Le point O du volant (I 3) est matériali- sé par un index fixé sur l'un des écrous ( 7) et se trouvant devant une marque o du bâti On Dm peut remarquer que c'est toujours le levier situé du c 8 té de l'accostage qui est en marche Avant Le volant (I 3) ne peut tourner que dans un sens, les écrous ( 7) étant en butée sur des collets lorsqu'ils sont au point O. Les dispositifs de commande des deux hélices, sont situés dans deux appendices (S) profilés se trouvant au premier tiers avant sous la carène (X) du navire (fig 2 et 3). Cette disposition est particulière aux navires devant effectuer des manoeuvres délicates Une dérive (Y) est alors située à l'arrière du na- vire Cette disposition permet sur les remorqueurs, d'effectuer le point d'ancrage de la remorque sur l'arrière du navire Ceci élimine tout ris- que de chavirement contrairement à ce qui se passe sur les remorqueurs à hélice classiques os le point d'ancrage se fait au milieu, pour permet- tre au gouvernail d'être actif En dehors des remorqueurs, ces dispositifs peuvent être situés au premier tiers arrière, le déplacement latéral est également obtenu De nombreuses variantes sont possibles en fonction des exigtences Ce rysttème vient en concurrence directe avec le Propulseur "Voiti-Schueicer", Il lui;est toutefois supdrieur par son rendemerrt On peut également lui adjoindre une tuyère (ir) sur le plan arrière de l'h&- lice (fig 2) e ce qui augmente le'pouvoir de tractione les tuyères peu- vent 9 tre installdes sous forme de tunnelq ce qui a pour effet de canali- ser aur maxirmum les filets d'eau en les amenant, jusqu'à l'arrière, du na, vire Dans ce cas une dérive n'est pas nécessaire. Les effets des filets d'eau dii remorque;, sur la dérive sont alors. éliminés ne existe par contre sur les remorqueurs équipés de "Voith-Schnei&er'14 lore que la remorquer est passée à t'arrière dii remorquée Céei est dangereux pour le passage des écluses, car le remorqueur devient ïincontirolable-&a-x rant sa présence dans la secteur critique 2 ayant, pourax, le refbuïe- ment de 1 'hélice' du remorqué Sur les navires de ligne, notre dispositif assure une &Tande séoutï- té Mi effet, nos hélices ne fonctionneront que suivant le principe de' l'hélice à pas variableê Si une avarie de gouvernail intervient, notrep hélice à pas variable et à pas o 1 huso Ydal viendra en secours pour aak- surer la gouverne tout en assurant 12 a propulsion N B Sur le dispositif I babbrd les pignons 27 des couples orthogonaux sont montés à leop Lpoaé des pignons 27 du dispositif tribord. REIENDICATOINS 7 I Dispositif de commande de propulsion et de gouverne d"un navire à hélices h pas variable, caracté'risé en ce qu'il comporte des moyens de commande des hélices suivant un pas vaniable sinusoïdal permettant d"obte- nir la gouverne et le déplacement'lat 6 ral du navire, et, suivant un pas va- riable constant, les marches avant et arrière; constitué d'xes N disposes dans un arbre porte-hélice A,, couples aux pieds de pales d'hélice Q et mis en manuvement de rotation à partir dbs-déplacements longitudinaux et lat*raux d'un arbre O aoulissant axialement par rapport à un support G d 1 plaçable Iatwralement L Textréehlté d'un arbre O traverse un elé'sage D d'un palier J, pour aoeouti;r à l'int 4 rieur d'im volant X solidaire d'un arbre porte-hélice A monté' sur des paliers X et K. A l'intérieur du volant B sont disposés des moyens de transformation & des mouvements linéaires orthogonaux de l'arbre O en mouvements de rotations des axes égales ou inégales entr"elles. I 5 Des moyens de commande asservis K et Z, assurant les déplacements de l'arbre O et de son support G sont en outre provus. II Dispositif selon les revendications I, calact mise en rotation des axes N esttobtenue par les d'placements d'un arbre O qui supporte une bague 20 sur laquelle sont implantées des rotules 32 avec leviers 26 Ces rotules sont calées à 90 pour une hélice à quatre pales. Les leviers viennent se glisser dans des tubes guides 37 implantés dans des cadres femelles 22 Ces cadres sont liés à des cadres manles 29 par des axes qui sontt fixes sur les cadres femelles et libres en rotation dans les cadres manles Des axes 33 supportent les cadres mâles parr Implantation dans le flasques du volant B, nous obtenons alors des groupes de deux cadres qui peuvent se mouvoir en rotation dans les flasques du volant Poun une hélice à quatre pales, nous avons quatre groupes de deux cadres Ians chaque ca- dre mile est implanté un couple de pignons coniques dont l'un 27 est sold- daire de l'axe 30 et dont l'autre 28 est solidaire de l'axe 33 Cet axe est libre en rotation dans chaque cadre male et supporte un pignon droit claveté formant couple 21 avec un secteur de pignon clavet S' sur l'axe N Nous cons- tatons que si l'arbre O occupe une position concentrique à celle de l'arbre porte-hélice, les rotules, les groupes de cadres, les pales d'"hélice ont un calage qui est en concordance. Si l'arbre O est excentré, les rotules subissant un décalageo La bague comporte un bras d'entrainement 23 qui est ancré suivant la bissectrice de l'angle formé' par le calage de deux rotules contigâes Ce bras 23 vient se glisser dans l'alésage d'un axe 25 qui est libre en rotation et en. translation dans les flasques du volant B. Si l'arbre O est deplacé en translation tout en restant concentrique à l'arbre porte-hélice, les caslages ne sont pas modifi's. Si le volant B entre en rotation l"ensemble du mécanisme est également en- traine et le bague 20 tourne sur l'arbre 0. Si lors de cette rotation, on imprime à l'arbre O un déplacement en trans- lation concentrique à l"arbre porte-hélice, les couples de pignons coniques qui sont dans les cadres mâles, entrent on rotation et commandent la rota- tion des couples de pignons droits 2 I et par suite celle des axes N qui se fait de maninre égale sur les quatre axes 9 puisque les leviers 26 ont des inclinaisons égales Les pales d'hélice ont alors une position qui reste invariable, on obtient le pas constant de l'hélice qui assure la propulsion du navire. Si lors de la rotation du volant B on imprime à l'arbre O un déplacement I 5 latdral, les pignons coniques situés dans les cadres mâles se bloquent et forment liaison rigides entre les cadres mâles'et les cadres femelles Ca sont alors les groupes de cadres qui entrent e rot'ation pour commander les couples de pignons droits 2 I les axes N ont alors des rotations inégales par inclinaisons inégales des leviers 26 Ces inclinaisons sont variables lors de la rotation du volant B Les pales d'hélice suivent donc le m Ome mouvement et engendrent le pas cyclique sinusoldal de l'hélice pour assurer la gpuverne du navire. III Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'arbre O est logg dans un bloc-cylindre G monti libre en rotation et fixe en translation sur un axe support L'arbre O est couplé à un piston Z dans le bloc-cylindre G - Ce piston est mis en mouvement par une pression d'huile qui est régulée par un tiroir asservi au déplacement du piston Z Z C"'est ce piston qui commande le déplacement en translation de l'arbre 0. IV Dispositif selon la revendication II caractérisé en ce que le bloc- cylindre G support de l'arbre O est mis en rotation sous l'impulsion d'un piston M du bloc-cylindre P, qui transmet ses déplacements par une tige C et un( une bielle ancrée par une chape articulge sur le bloc-cylindre G. Le piston M se déplace sous l'effet d'une pression d'huile r Fguléé- par un t Troir asservi L C"est ce piston M qui commande le déplacement la- téral de l'arbre 0. V Dispositif selon la revendication II caractérisé en ce qu'il compor- te deux hélices à pas variable commandées chacune par un dispositif de com- mande des pas variables Les pas cycliques sinusoïdaux de chaque hélice combinés entr'"eux, permettent&obtenir le déplacement latéral d U navire. VI Dispositif selon la revendication l I,, caractérisé en ce que le pas variable constant de l'hélice est commandé: par un levier-10 agissant sur un tiroir de régulation qui commande par un piston Z le dêplacement en trans- lation de l'arbre 0; que le pas cyclique sinusoïdal de l'hélice est obtenu par un volant 3 de gouverne ou par un volant I 3 de commande de dîplacement latéral du navire Ces deux volants agissent sur un m 9 me tiroir de rg'gula- tion L qui provoque le déplacement latéral de l'arbre 0. VII Dispositif selon la revendication II caracté'r s' en ce que le pas cyclique sinusoïdal ne peut jamais dépasser en amplitude le pas variable constant grâce & une butée 4 t qui limits la course du tiroir L comman- dant le déplacement latéral de l'rbre 0.