Brevet FR2541732A1 — publié le 19840831

La présente Invention concerne une Turbine éolienne de haut : dament et de grande puissance susceptible d'être applique à la 1 pulsion des navires;de certaine véhicules terrestres et,éventuel: ment,de ballons dirigeables. La technique des turbi@es éoliennes,en l'état actuel des recl ches et des solutions proposées,offre un éventail très vasts d'i@ tians,notamment an ce qui concerne les machines à axe vertical,t@ qui conviennent le mieux aux applications envisagées. En effet,les dispositifs doivent Btre opérants dans toutes le directions azimutales des vents.Les dispositifs à giroustte sont compatibles avec une utilisation pratique.Les Rotors à aubes piv@ tes sont de construction délicate et de rendement médiocre.Insuff également,est le rendement des aubes du type"SAVONIUS" ,en raison freinage qui s'exerce sur la face passive.Les systèmes à Stator @ d@@ecteur alourdissent,en pure perte,les turbines et imposent une réduction importante du diamètre des rotors moteurs,et,partant,de surface activa des aubes La moteux qui a été conçu et qui fait l'ob@at de la présente vention tend à mettra à profit un phénomène secondaire de flux gd toire éolien engendré par le rotation d'un Rotor disposé co-exial ment à l'intérieur d'un second Rotor entrainé lui-même par le fl@ giratoire centriguge engendré par la premier Rotors Les Figures I et Z qui représentent le dispositif en plan et élévation peuvent, graphiquement, faire évoquer quelque analogie av certaines turbines de conceptions antérieures.Le principe et le f tionnement du moteur compound ci-après exposés,en sont très diffé En effet,les deux Rotors peuvent tourner librement et indépen ment sur l'axe vertical (1).-Le ssremier comporte six aubes (2),lé rament courba parties verticalement sur un moyeu(3).-Le second est constitué par deux platines circulaires,sortes de roues è ray (4),insérés sur un moyeu (5) et supportant une jante plate annula (6).-La platine inférieure est solidaire de la platine suparieure par vingt quatrs aubes rigides (7),insérées verticalement sur les deux jantes (6).Réalisées en alliage léger elles sont eussi mince que possible tout en ayant une section légèrement plan-convexe.Or té@@ dans le sens de la rotation,elles forment un angle de 50 @ av chacun des plans radiaux (N).L'ensemble constitue une aorte de ca d'écureuil,Pour limiter la masse d'inertie de ce rotor extérieur, lar@@ur du solide annulaire de révolution qu'en@endrent ces aube doit Str@ li@itée au quert du rayon au bánéfice de la larg@ur des aubes (2) du Roter intérieur qui doivent offrir une surface maximala. Dans cas conditions,dans un plan radial consid@ré (N) ,cslui-ci dcit ôtre tangent aux bords d'attaque et de fuite de daux aubse consécutives (7).-Pour une direction donnée (V) du vent,une zône active (A) et une zône paesive (P) es définissent de part et d'autre du plan neutre (N).-Le vent,canalisé par les déflecteurs que constituent les au@es(7) du front (A)agit simultanément sur deux des six eubes (2)du Rotor intérieur;;entretenue,le rotation engendre un flux girateire (6) que la convexité de la fsce antérleure des eubes (2) tend à rendre centrifug@ C@ flsx agit sur la face intern@ des vingt-quetre aubes (7) de la cage d'écureuil.Rotor induit qui tourne dana l@ même aena que la Rotor inducteur.L'aire balayée est de 360 .Ce réaultat anémodynamique rappella un pau ce qui se passe dans un moteur élactrique à champ tournant @Pandant la rotation des daux élémante,qui tend à devonir synchrone,les aubes (7) n'en contin@ent pas maine à jouer leur rôle de défl@ct@ure sur le front (A).Une inturaction s'ét@blit ontre les doux Rotore.De plus,par leur rotation,las fac@s externes des aubss (7) font dévier,aur le front (P),les lignes de force du flux ambiant,vere la zône (A),au bénéfics du rend@ment de la turbine. Celle-ci est supportée per un socle (13) (Figure 2) .A cet offet. un erbre tubulaire (14),solidaire du meyeu inféri@@r(5) du Rotor extiriour rspose aur deux paliore av@@ roulements(à billes et,à rouleaux côniques,pour la butés inférisure).-C@t @rbra @reux,est tra@er- sé,sans contact,par l'arbre (I) du Rotor intérieur,qui émerge à son extrômité inférieure et sur laquelle peut être c@lé un pignon d'attaque (17).-De même,un pignon d'attaque(15) est calé à la partie supérieure de l'arbre (14),sous le moyeu (5).-L'arbra (1) ropo@e sur deux pallers avec roulements logés dans les moyeux (5).Les daux arbr@s co-axiaux,sont donc indépendants et peuvent être utilisds pour antrainer deux génér@teurs d'élsctricité,les courants produite étont collcctés en @érie ou en parallèle.-On peut,aussi,conjuguer los puissepces fournies par chacun des Rotore pour n'avoir qu'un e@ul arbre moteur(8) p@r l'intermédi@ire des ongrenages (16) et (10) calé@ sur lca dami @rbres (10) et (11) d'un pont (9) à différentisl. La simplicité d'un t@l moteur,son randement et sa pui@sance d@ machina compound,outre @es poesibilités en inatallations fixes,permet d@@ applications pertinentes à la propulsion de véhicules,les inconvé ni@nt@ inh@rents à l'encombrement du système étant compansés par d@ @vant@gos écologique ou économiqu@e,en matiàre éncr@étinue. D'une manière généralé@le transmission du mouvement à part d'un moteur éolien nécessite l'interposition d'un varisteur de ple à plusio@rs étages de démulitiplication pour palier à l'irr rité du régime des venta.Une eutre solution consiste à transme la force par moteur électrique et batteries tampone d'accumuls interposés.Il est,d'autre part,intéressant de considérer le fa par vent de face,la propulsion d'un véhicule à partir d'un mot éolien bénéficie d'une donnée mathématique favorable,sttendu @ puiasance d'une turbine est proportionnelle au cube de la vits du vent alore que la résistance à l'avancement na varie que pr tionnellement au cérré de de cette vitessa.De Plus, outrs le vent le vant apperent agit favorabiement sur la marche d'un moteutr I'-Propulsion des Navires. L'irrégularité du régime des vents continentaux a fait con dans un sens restrictif à l'utilité des @érogénérateura éollen En revenche,sur les mers et les océans,la vent a permis,de temps la propulsion des navires à voila.La conjoncture a même les @@mateurs de certaine pays à utiliaer des voilures auxilia pour propulaer plus économiquement des pétr@li@rs géants. Mais les voiles ne sont efficaces que dane certaines direc du vent,Elles ne le sont pas du tout par vent ds bout et louv@ allonge les itinéraires.Par vents latéraux forte ou txès forts agisset dagereusement sur @@angle de gftest,es tout état de imposent aux équipages des manoeuvres contraignantes.- Le moteur anémodynamique a l'avantage d'être opérant,sans trainte,qualle que soit la direction du vant.Les aubes,en tour se dérobant naturellement à la pression qu'elles subissent et, latéral l'incidence sur l'arbre des Rotor@ est bien inférieure la force appliquée au bras de levier que constitue la mât d'un lier.A Force de ven@ égale,l'angle de gîte d'un nevire à turbi moindre que celui d'un voiller.ll y a donc là un élément posit sécurité.-Les figures @ et 4 indiguent la disposition d'un mot anémodynamique sur un navire monocoque.La figure 5 raprésente pement d'un multicoque dont la largeur permet l'emploi d'une t @e très grand diamètre(et de plus grande hauteur, évantuellemen te tenu de la bonne stabilité d'une embarcation de ce type). A noter,les deux mâts tripodss an tubes d'alliage léger (20) d sés soit transvar@alement,soit longitudinalement pour soutanir entretoisa (19) comportant un palier logé en son centre assura quilibrage plus ferme de l'arbre. 2 - Propulsion de véhicules terrestres. Des adeptes du Char à voile ont réalisé des croisières sportives soit daos des régions tropicalas,soit dans des régions antarctiques où l'énergie éolienne peut être assez performante. Des véhicules,moine sportifa,mais plus confortables,pourraient propulsés par moteurs anémodynamiques, pourraient donc être évantu@lle- ment utiles dans certaines régions ventées du globe oà la pénétration men industrialle est en progression.Sur le dessin de la figure 6,la voils figurée en pointillé montre la différence d'encombrement,sur le toit du véhicule équipé d'un moteur éolien.Pour en ab@isser le centre de gravité,la platine supérieure (6)a été disposée à mi-hauteur de l'arbre (I).La longreur importantede l'arbre principal inférieur,convenablement épaulé à l'intérieur de la carrosserie,rend le porte-à-faux méaniquement setisfaisant,ce qui évite l'adjonction des tripodes da soutien,au bénéfice du poide et de l'esthétique. 3 - Prooulsion des ballons diri@eables. En matière de prospsctive,le retour à le navigation aérienne par balonns dirigeables a fait l'objet de meints projota réalistes. Si,sur mer,il y a du vernt,il y en a aussi en haute altitude et les moteurs anémodynamiques pourraient trouver une application partinents pour propulaer économiquement et sans les risques des moteur@ thermiques,ces types d'aéronefs.-Les Figures 7 et 8 suggèrent une tella application.Pour réduire la prise aux vents latéraux,la sustentation est assurée par deux fletteurs oblongs,de même force as@ention- nelle qu'un cylindre unique de diamètre double.Comme pour un "Catamaran" marin,des antretoises (26) (27) (28) relient entre eux les deux ballons,à armature rigide et gonflés à l'hélium. (24) et (25). Deux moteurs,de grands diamètres et de hauteurs réduitea sont dis posés au dessus et au dessous dans la partie médiene de l'engin.Chaque moteur entraine une hélice aérienne.Les rotors (22) et (23) tournent an sens inverses pour neutreliser l'effet gyroscopique. Las organes mécaniques ou électriques de transmission sont logés dans la comparti- ment (29).L'aéronef comporte quatre trains d'atterrissage (30). La coupole (33) abrite le posta de pilotage et les passagers sont logés dans la partie inférieure de chacun des ballons dans des cabines communiquentes et naturellement étanches à l'hélium,avec hublots (32). Les trains d'atterrissage perticipent,par gravité à la stabilisa tion n vol de l'aéronef,l'équilibre et l'horizontalité étant maint' nu par une vanne de dispatching de pression gazeuse vers l'un ou REVENDICATIONS Moteur anémodynamique à axe vertical comportant deux Rotors con@ triques à aubes verticales s I-Caractérisé par le fait que le Rotor intérieur comporte SIX Aubes courbes de grandes surfaces; 2-Caractérisé par le fait que la Rotor extérieur,constitué en cage d'écureuil,comporte VINGT@QUATRE AUBES minces de saction p@ convexs insérées sur deux platines horizontales limitant la macl 3-Système selon la revendication 2,caractéri@é par le fait que aubes sont orientées avec un angle de 50 par rapport au plan ve tical radial virtuel correspondant;; 4-Système selon les revendications f et 2,caractérisé par la 1 qua l'arbre du Rotor intérieur repose sur deux paliers à rouleme logés sur les moyeux des platines du Rotor extérieuret plonge ve la bas dans l'arbre tubulaire @reux du Rotor extérieur,sens fri@ Cil dernier étant lui-même assujetti sur deux paliers logés dans socle inférieur du moteur; 5-Système selon la revendication 4,caractérieé par la fait que sur chaque arbre indépendant est calé un pignon d'attaque perme@ soit l'entrainement séparé de deux groupes de machines utilleat@ soit l'entrainement d'un arbre moteur unique avec pont différent interposé;; 6-Systèms selon la revendication 4,caractàrosà par le fait que l'équilibrage peut être affermi par un palier supplémentaire à @ ment,eupportant un tourillon solidaire de la platina aupérieure, palier étant logé au centre d'une entretoise horizontale coiffar l'ensemble et supportée par deux mâta tripodes;; 7-Système salon les revendications 1,2,3,4,5,6 caractérisé par fait que la disposition des aubes du Rotor extérieur permet de s ger le flux rectiligne du Vent sur la face concave de deux aubec Rotor intérieur dont la rotation engendra a l'intérieur de la c@ d'écureuil un flux giratoire intenss,centrifuga grêce à la conv@ des surfaces antérieures et qui exerçant sa pression sur les fe@ internes des vingt-quatre aubes de la cage Setrouve induite dans une rotation qui tend è devenir synchrone pe interaction des deux rotors compounds. REVENDICATIONS ( Suite ) 9- Système selon las revendications de f à 7,caractérisé par le fait que le moteur @@@nt opérant dans tous las azimuts et développe un maximum de puissance,conditions qui justifiant sont application à la propulsion des navires;; 9 Système selon les revendications de I à 7,caractérisé par le fait que le moteur peut @galement être utilisé pour la propulsion de véhicules automobiles,les rotors entrainant deux générateurs de courent électrique chargeant en permanence des batteries tamp@ins d'accumulateurs,les roues étant entrainées par@ un moteur électrique @ 10- Système selon les revendications de 1 à 7,caractérisé par le fait que grâce aux régimes éoliens en haute altitude,le moteur peut être utilisé pour la propulsion de ballons dirigeables,spéciale- ment conçus pour être équipés de deux turbines anémodynamiques com@ pounds, disposés au dessus et au dessous de l'aéronef,sustenté par ideux "flotteurs" ascantionnels réunis en catamaran.