Brevet FR2567844A1 — publié le 19860124

La présente invention concerne un dispositil qui concerne une hélice marine permettant d'augmenter la vitesse des navires sans consommation additionnelle du carburant car issue d'une reduction des effets de cavitation reduisant le rendement de l1hélice. La propulsion des navires est traditionnellement eifec tuée par les hélices de 2 à 6 pales reliées à-un moyeu monté sur l'arbre de sortie du moteur marin, extérieur ou intérieur au navire. les navires de catégorie légere et moyenne sont propu Isés par une hélice classique à rotation rapide; ces navires doivent pour augmenter leur vitesse, accélerer la rotation de l'hélice, mais l'augmentation de vitesse niest pas abso- lue, parce que l'hélice augmentant sa vitesse de rotation créée autour d'elle, des poches gazeuses appelées cavitation" causée par la dépression créée en avant des pales de hélice dans le champs non tuni-forme défini par le sillage, qui est perturbé notamment dans la partie supérieure de la circon férence de déplacement des pales,ou chape pale crée à son passage, une forte poussée, et il y a donc, dans un tour de l'helice,une oscillation entre une valeur maximale, de la pression en arrière et une valeur minimale en avant des pales. En liaison avec les points de poussée, se produit la dite '1cavitation", qui freine la marche du navire; et cela se produit pour chacune des pales de l'hélice. Si nous prenons comme exemple une hélice classique à trois pales) disposées dans un même plan, cela signifie que pendant une rotation complet de l'hélice;la première pale génère un écoulement perturbé notamment dans la partie périphérique de son déplacement, dans lequel va travailler, la deuxième pale, qui de plus, génére une perturbation propre et la troisième pale ,qui ainsi. dans un milieu très perturbé; génère la même chose de façon successive, il resulte de cette addition d'effet, une reduction de rendement total. Cette rotation hélicoidale pour une hélice à trois pales, compose en effet; trois filets d'eau perturbés en arrière de l'hélice, cela dans le cas normal d'une vitesse lente où moyenne, mais quand l'hélice augmente sa vitesse de rotation, ces trois filets d'eau se rencontrent et ae confondent,ou pour ainsi dire;; "se combattent" successivement, ce qui est visible à l'arrière d'un navire vida où l'hélice est près de la surface de l'eau, et où se produit des bulles gazeuses. lorsque l'hélice tourne vite, le nombre de ces bulles augmente. , et nous arrivons ainsi au cas où l'hélice tourne dans des poches gazeuses, c'est à dire dans un certain"vide", et au lieu d'augmenter, la vitesse du navire diminue. du navire La tentative d'augmenter la vitesse/par l'augmentation de la rotation de l'hélice aboutit à freiner la marche du dit navire à une vitesse limitée, par exemple 28 noeuds, et si le navire veut de passer ces 28 noeuds, il dépense du carburant en vain, d'ou il se produit une chute du rendement et une perte de puissance. De plus, lorsque ces poches gazeusesVremplissent d'eau à nouveau, il se produit une attaque à la surface des pales, des érosions, des vibrations et des bruits. Donc, l'hélice classique quelque soit le nombre de ses pales; est sujette à: - une perte de puissance. --des turbulencesaux extrémitésdes pales. - une érosion de la surface de ses pales. - des vibrations. - des bruits. Ces éléments reduisent le rendement, et empêchent une augmentation de la vitesse, et il est impossible d'd miner les défauts issus de ces éléments. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients, il consiste à réaliser une hélice à une seulepale s'etendant sur une fraction de la circonférence, reliée à un moyeu pouvant se monter sur un arbre de sortie d'un moteur marin. Quant l'hélice selon l'invention tourne, elle engendre lors de sa rotation, un seul filet d'eau de façon hélicoidale qui ne rencontre pas d'autres filets d'eau. Cette non-rencontre évite toute perturbation à ce filet d'eau. L'hélice selon l'invention présente donc une caracteristique essentielle: la suppression de l'effort d'entraî- nement à fournir aux pales complémentaires qui nefourniss ent pratiquement qu'une poussée qui va én diminuant en fonction de l'augmentation de la vitesse de rotation d'où le gain en rendement qui resulte d'une telle supprëssion. Selon une particularité de l'invention; la pale peut s'etendre sur une fraction de la circonférence comprise environ 1/7 e, et 1/3 e, de celle-ci. Selon une autre particularité, une telle hélice comporte des moyens d'équilibrage du balourd formé par cette unique pale, qui sont disposés sur le moyeu à l'opposé de la pale. Une autre solution visant à rassurer l'équilibrage sans compromettre l'effet d'une pale unique, consiste à utiliser plusieurs pales uniques disposées espacées latéralement sur des arbres différents ou axialement sur un même arbre, on obtient alors par une disposition réguliérement repartie des pales un équilibrage d'ensemble pouvant être completé si necessaire au niveau de chaque pale par l'adjunction d'un contre-poids. Ainsi: L'invention concerne également l'application d'une telle hélice à la réalisation d'un dispositif met-tant en oeuvre plusieurs pales qui sont disposées sur un meme arbre et repartie longitudinalement sur celui-ci dans des plans differents, de façon à ce que les pales suivantes fonctio- nnent en dehors du champs d'action de la précédente celle- ci etant préferentiellement de dimension décroissante selon le sens de l'avancement. Les ditferentes pales sont alors reparties sur la n, conférence les unes par rapport au autre, le nombre de pales etant par exemple de 2, ou de 3.- la fraction de circonférence occ upée par-la 1 ere pale représentant par exemple environ 1/5e de la circonférence. Celle de la seconde de rayon plus reduit : 1/6e, et celle de la 3e de surface la plus petite dans le cas d'un dispositif à 3 pales t e.1/7e. Selon une deuxième variante, les hélices sont disposées sur des zabres differents et espacés latéralement, mais dans un même plan, le nombre des hélices pouvant entre de 2 à 3, ou plus, entralanés par engrenages à partir d'un meame arbre moteur. La figure 1-A, représente, vu en perspective , le dis positif selon l'invention. La figure 1-3, représente, en vue avant, le dispositif selon 1' invention. La figure l-C, représente, un schéma du filet d'eau en gendre par l'hélice selon l'invention à pale unique. La figure 2-A, représente, vu en prèspective, Le dispo sitif selon l'invention, selon une première application muni de deux pales. La La figure 2-B, représente, en vue avant, le dispositif selon de la figure 2-A. la figure 2-C, représente, un schéma de deux filets d'eau séparés de dimension differente, engendrés par ce dispositif. La figure 3-A, représente, vu en perspective , une application du dispositif selon l'invention muni de 3 pales. La figure 3-B, représente, une vue avant, le dispositif de la fig. 3-A. La figure 3-C, représente,un schéma des trois filets d'eau séparés de dimensions différentes engendrés par ce dispositif. La figure 3-D, représente, en vue avant, un schéma de trois filets d'eau séparés en différentes dimensions où nous voyons que chacun d'eux passe au dedans de l'autre, sans se rencontrer. La figure 4, représente, en vue arrière, une deuxième application du dispositif. La figure 5 représente, en vue arrière, une deuxième application selon une variante. I La figure 6, représente, une vue de dessus du dispositif selon la figure 5, où sont représentés les engrenages d'attaque, coniques qui entratnent chaque pale unique séparée. La figure 7, représente, en perspective, le disposi tif selon les figures 3-A, et 3-B, monté sur un moteur hors-bord. La figure 8, représente, en vue arrière, le dispositif selon la figure 5, monté sur un bateau à moteur marin intérieur. La figure 9, représente, en vue arrière, une autre application du dispositifselon l'invention. Les figures 10-A, 10-B, et 1.0-C, représentent les moyens d'équilibrage incorporés, et les différentes applications de ceux-ci. La figure 1-A, représente, vue en perspective, un moyeu (1) supportant une pale (2) unique. Selon les figures 1-A, et 1-B, l'hélice selon l'inven tion comporte un moyeu (1), supportant une pale (2), celle- ci occupant environ 1/5 e de la circonférence. La figure 1-C, représente, un schéma du filet d'eau(5) engendré par la pale unique, ce filet d'eau coule seul, de manière hélicoidale sans liaison avec d'autres filets d'eau voisins, et donc; sans créer de perturbations. Selon les figures 2-A, et 2-B, le dispositif de propu- lsion formant une application de l'hélice selon l'invention est muni d'une pale supplémentaire (3), qui est plus petite quela pale (2), mais de configuration identique à celle-ci, disposée sur le moyeu (1), de façon décalée vers l'arrière par rapport à la pale ( 2 ), dans le sens de rétrogression. La pale (3), est disposée sur la conférence à 1800, à l'opposé de la pale (2 > et dans un espace limité b environ 1/6 e de celle-ci. Selon la figure 2-C, le filet d'eau hélicoidal . (5) engendré par la grande pale (2), et le filet d'eau (6), engendré par la pale (3), plus petite, sont de dimensions différenteb c'est pourquoi ils ne se rencontrent jamais dans leur écoulement, car le filet (6) passe à l'interieur du filet d'eau (5), ce qui évite toujours ainsi une per turbation des écoulements. Selon les figures 3-A, et 3-3, et selon une deuxième variante,en application de l'invention, le moyeu (1), supportant la grande pale (2)et la pale(3)disposée à t2O0plus petite, est pourvu d'une pale (4), qui est plus petite que la pale (3), et qui s'installe dans le troisième tiers de la circonférence dans un espace limité a environ 1/7e de celle-ci. Ces figures montrent bien la différence entre les dimensions des trois pales; cela pour engendrer chacune un filet d'eau différent, ne. se rencontrant donc pas, car disposés l'un à l'intérieur de l'autre, comme illustré en figures 3-C, et 3-D. Selon la figure 4, illustrant une2eaplication du dispositif selon l'invention, le moyeu(1-A supportant la pale unique(2-A),est installé latéralement à côté d'un autre moyeu (1-B), supportant également une pale unique(2-B) Les deux pales séparées de cette façon,sont entratnées par un engrenage d'attaque conique (9) à 3 pignons reliés par le pignon central à l'arbre de transmission du moteur, cet engrenage assurant 1'entraînement des hélices par des engrenages à deux pignons. les deux hélices séparées de cette façon disposées à gauche et à droite sont identiques en dimension. (8-A) est le boîtier d'engrenages à 2 pignons1de gauche (8-B) est le boîtier d'engrenage à 2 pignons,de droite l'engrenage d'attaque conique central (9) distribue l'enttraînement aux deux pales (2-A) et (2-B) par un demi essieu gauche (11-A) et un demi essieu droite (11-B). ( 10-A) représente la circonférence où on imagine que la pale gauche (2-A) tourne et compose un cercle; (10-B) est la circonférence où on imagine que la pale droite (2-B), tourne et compose un cercle. La distance entre les deux cercles (10-A), et (10-B), est limitée à environ de 10 à 15 % du. diamètre des cercles (10-A) et (10-B), afin que chaque filet d'eau engendré par chaque pale de cette façon ne rencontre pas l'autre. Dans ce eas; nous voyons donc, que la pale (2-A), et la pale (2-B), sont identiques entre elles; en dimension, en dévers, et en configuration. Les figures 5 et 6, représentent une quatrième variante où de chaque côté du moyeu (1-B), supportant la pale unique (2-B) est installé un autre moyeu (1-A), (1-C), supportant également une pale unique (2-A), (2-C), les deux pales séparées de cette façon; sont entraînées par un engrenage d'attaque conique à quatre pignons situésdans le boîtier (8-3), dont un pignon avant (13), est lié à l'arbre moteur (12), l'autre arrière (16), entraîne la pale (2-B), située au centre.Les deux pignons lat-eraux (14-A), et (14-3),en tranant 2 demi arbres(11-A)et(1i-3)qui entratnent eux mêmes les engrenages Coniques situés dans les deux boîtiers(3-A)et (8-B)i 2 pignons t 15-A, 16-A) (15-3, 16-C), entraînant les deux pales latérales (2-A) et (2-C). Les pales (2-A), (2-B), et (2-C) sont identiques,mais le dévers det2-B) est inversé car elle tourne inversement. (10-A), (10-B) et (10-C) sont les cercles définis par la rotation de chaque pale, la distance entre chacun de ces cercles est limitée à environ 10 à 15 % du diamètre des cercles définis par les pales pour éviter que les filets d'eau (17-A), (17-3), et (17-B) engendrés des cercles (10-A) (10-B), et (10-C) ne se rencontrent. Sur la figure 7 est présenté en perspective,le dispositif selon l'invention, sur un moteur marin hors-bord (en saria- nte on peut également le monter sur un moteur marin intérieur) où le moyeu (1) supporte la pale(2); la pale(3) qui est plus petite est disposée en avant de celle-ci et décalée late ralement; la pale (4), qui est la plus petite, est disposée la plus en avant, et décalée par rapport aux deux pales pré cedentes de celle-ci. Selon la figure 8, le dispositif est muni de 3 hélices à pale unique, disposées Latéralement et horizontalement les unes à côté de l'autre, derrière le navire de façon que chaque filet d'eau engendré par une pale ne rencontre les filets d'eau engendrés par les autres pales. ale dispositif selon la figure 9 , peut entre adapté à la place de celui illustré en fig. 8, ce dispositif étant pourvu d'hélices disposées décalées latéralement, horizon- talement et verticalement, par exemple: aux 3 sommets d'un triangle isocèle, la boite d'entraînement etant disposée sur le moyeu de l'hélice du haut. Concernant l'équilibrage, l'invention propose trois moyens que l'on peut utiliser seuls ou en combinaison, illustrés en figures 10-A, 10-B, et 10-C. Moyens d'équilibrage: 1) Dans le cas d'une pale unique (2), : coiltre-poids(fig. (Fig. 10-A). Ce premier/consiste en la mise en place d'une masse(21) excentrée sur le moyeu (1), dans le sens opposée à la pale unique (2), de manière à constituer " contre-poids ". Ce contre-poids (.21)-forme alors une partie du moyeu(1) et est juxtaposé à un élément complémentaire formant une sorte d'anneau ouvert.(22) en matière légére et resistante en même temps,comme par exemple une matière plastique du type " NYLON ", de manière à ce que l'ensemble constitue un moyeu cylindrique. Dans le cas d'une où plusieurs-pales de taille décroissantes décalées axialement sur un même moyeu équilibrage réalisé en partie par la presence des pales complémentaires (3) ou (4), né'cessité soit : - d'un contrepoids (21 ) plus faible que dans le cas d'une pale unique: (Fig. 10-3). - d'équilibrage par des pales complémentaires plus épaisses ( mode de réalisation non illustré). 3) Dans le cas des pales disposées sur des arbres diffé rents entrainés par un même arbre moteur, (Fig. 1o-C).chaque hélice peut être équilibrée par un contre-poids pour son équilibrage en rotation propre. En plus, il convient de repartir 11 orientation de chaque pale sur son moyeu à 1800 ( Fig.4 ), pour deux pales, et à 1200 pour trois pales, (Fig. 6, et 9,) de façon à équilibrer les poussées engendrées par chacune de celles-ci. De la rédaction précédente ; ilest clair que: Le navire muni par le dispositif selon l'invention peut fonctionner àjpleine vitesse qui luiXdonnée par la puissance entière de son moteur , sans perdre de cette puissance. La rotation de chaque filet d'eau en spirale; chacun au dedans les autres filets d'eau, où à côté de(s) autre(s), annule la maåorité de l'engendrement des bulles et des vapeurs de gaz; dites"cavitation", et il n'y a pas des effets produisant: a- soit sur la surface des pales, b- soit autour et sur l'extremité des pales - -de 11 érosion sur la surface des pales. - l'écoulement de filet d'eau perturbé - des vibrations. - du bruit. En plus, I'amélioration de la manoeuvrabilité, et la réduction de la vague arrière deviennent plus facile Dans plusieurs moteurs marins, notamment les moteurs hors-bord; on fait sortir les gaz d'échappement ou l'eau de refroidissement à travers le moyeu porte hélice, ce probléme est résolu dans le dispositif et ses applications: figures 1-A, 2-A, et 3-A. la sortie est au dedans du moyeu t1). Pour les autres applications de ce dispositif; la sortie rt s t z est/par un orifice dans le bottier (9) fig. 49 ou par le moyeu(1-B) fig. 5, ou par le moyeu en haut pour la fige 9. Il est évident que l'application du dispositif selon l'invention est principalement pour les bateaux mus par des hélices.rapides ,et qui munis d'un où plusieurs moteurs marins, soit extérieurs ou intérieure, soit de deux sortes due moteurs; (intérieur et extérieur à la fois). Il est évident aussi que le dispositif selon l'invention n'est pas changé en ce qui concerne : soit la marche arrière ou la marche avant, soit la marche normale ou la marche pour les haut fonds. En ce qui concerne l'utilisation des "hélices à pas varie- ble", rien ntempêche d'appliquer le dispositif selon lsinven tion pour ce but. pour On sait que/quelques moteurs marins; notamment les moteurs intérieurs, l'arbre de transmission, (qui aboutit à l'arbre porte-hélice), est pour certains de ces moteurs horizontal, et pour les autres moteurs est incliné , le dispositif selon l'invention peut être utilisé pour les deux sortes de ces arbres. il est clair que par l'utilisation du dispositif selon l'invention pour un navire qui " marche " à 28 noeuds, par exemple, avec une hélice classique, si ce navire se deplace à 28 noeuds seulement;il consommera alors moins de carburant, et s'il veut gagner de la vitesse il peut dépasser les 28 noeuds, mais sa consommation de carburant ne dépassera celle qu'il avait à 28 noeuds avec une hélice classique. Cela signifie que la vitesse obtenue, par l'utilisation du dispositif selon l'invention; n'est accompagnée d'aucune consommation de carburant supplémentaire car cette utilisation evite l'engendrement de cavitation: élément de perte de puissance Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la propulsion des navires munis soit par un moteur intérieur, soit par un moteur extérieur. REVENDICATIONS 1) Hélice pour navire permettant une augmentation de la vitesse de celui-ci sans augmenter la consommation du car- burant par reduction des effets de cavitation, du type à pale, et entraînée par un moyeu de revolution (1) caracté risée en ce que cette hélice comporte une pale unique s'etendant sur une fraction de la circonférence de l'hélice. 2) Hélice selon la revendication 1 caractérisée en ce que la; pale s'entend sur 1/7 à 1/3 de la circonférence, 3) Hélice selon les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'équilibrage incorporés cons titubés par un contre-poids disposé au niveau du mosre à l'opposé de la pale. 4) Application de 1'hélice selon les revendications 1,2,ou3. à la réalisation d'un dispositif de propulsion à plusieurs hélices pour navire caractérisé en ce que les hélices sont disposées sur un même axe, décalées longitudinalement les unes par rapport aux autres sur cet axe et de meme forme, mais de dimension décroissante vers l'avant dans le sens de l'avancement, les dites pales étant en outre décalées radi alement. 5) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que la plus grande pale s'étand sur 1/5 e de circonférence, la seconde pale sur 1/6 e de circonférence, et la troisième pale la plus petite, sur 1/7 e de celle-ci. Ces trois pales étant disposées respectivement à 1200. 6) Application de l'hélice selon les revendications 1pou 2, ou 3, à la réalisation d'un dispositif de propulsion à plusieurs hélices caractérisé en ce que chaque hélice- est aorte par un axe décalé latéralement par rapport aux autres, et entraidée à partir d'un même arbre moteur par des engrenages coniques. 7) Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que les arbres sont disposés dans un meame plan horizontal. 8) Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que les hélices sont décalées verticalement, par exemple aux sommets d'un triangle, isocèle ou/non. l'une 9) Dispositif selon/quelconque des revendications 6,7,et 8, caractérisé en ce que l'espace entre cercles balayés par les hélices est compris entre 10 et 15 % du diamètre des dits cercles. 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6, 7, et 8, caractérisé en ce qu'il est entraîné par un engrenage d'attaque conique à 4 pignons situé dans un boîtier ( 8-B ), dont un pignon avant (13), est lié à l'arbre moteur (12), l'autre arrière (16), entrain la pale (2-B), située au centre. les deux pignons latéraux (14-A), et (14-B), entraînant deux demi arbres (11-A)- et (11-B) qui entrainent eux mêmes les engrenages coniques situés dans les deux bottiers (8-A) et (8-B) à deux pignons (15-A, 16-A) (15-B, 16-C) entrainant les deux pales latérales (2-A) et (2-C).