Brevet FR2573722A1 — publié le 19860530

1. La présente invention se rapporte à un système de rotor, plus particulièrement un système à hélice pour bateau, comprenant un premier ensemble rotor adapté à transmettre de l'énergie à un milieu environnant ou à absorber de l'énergie d'un milieu environnant en écoule- ment. Pour un-certain nombre de bateaux, une hélice est normalement utilisée, qui est montée sur un arbre rotatif. Les pales d'hélice sont disposées avec un cer- tain pas et sont creuses, mais ont des surfaces relative- ment planes suivant un angle incliné par rapport au plan de rotation, correspondant au pas de l'hélice. En prin- cipe, l'hélice fonctionne comme suit ' l'eau est entrai- née vers l'arrière produisant une force réactive vers l'avant correspondant à la poussée. Lorsqu'elle se déplace dans l'eau, l'hélice laisse un cylindre rotatif d'eau qui se déplace vers l'arrière. L'énergie cinétique dans le cylindre d'eau constitue la plus grande partie de la perte d'énergie de l'hélice, qui, pour une hélice servant à mouvoir un bateau, peut être pour 30 à 35 % de l'énergie cinétique axiale, pour 6 à 7 % de l'énergie de rotation et pour 9 à 11 % du frottement sur les pales, des remous, etc..., le tout résultant en une perte d'énergie d'à peu près 50 % et en une énergie utilisée d'à peu près 50 %. Des pertes citées ci-dessus, le frottement sur les pales ne peut être modifié de manière appréciable. La surface des pales est déterminée par la différence de pression maximale sur les pales sans cavitation. L'éner- gie rotationnelle peut, cependant, être affectée en imposant une prérotation opposée par l'intermédiaire de l'eau (au moyen d'ailettes fixées ou d'une hélice anté- rieure tournant librement) ou en rectifiant l'écoulement à partir du système d'hélice. Une autre possibilité est de disposer une paire d'hélice entraînées en sens inverse 2. l'hélice.postérieure utilisant l'énergie de rotation provenant de l'hélice antérieure. Le but de la présente invention est de réaliser un système de rotor au moyen duquel il est possible d'agir sur la source majeure de perte d'énergie, à savoir l'éner- gie cinétique axiale dans le cylindre d'eau. Ceci est réalisé selon l'invention dans un système de rotor du type décrit dans l'introduction en disposant un second ensemble rotor qui a un axe de rotation commun avec le premier ensemble rotor et qui a au moins deux ro- tors montés librement tourillonnant, qui sont mécanique- ment réunis l'un à l'autre et sont disposés de chaque côté du premier ensemble rotor. Le rotor arrière du second ensemble rotor fonc- tionne dans ce cas comme turbine et absorbe approximati- vement un tiers de l'énergie axiale, entrainant ainsi le rotor avant, ce qui augmente la vitesse moyenne et, ainsi, le débit à travers le premier ensemble rotor. Un débit accru et une vitesse de sortie plus faible de l'eau der- rière l'hélice augmentent l'efficacité. Lorsque le système à rotor est utilisé comme système d'hélice pour des ba. ' teaux constituant des moyens de déplacement, la perte d'énergie cinétique axiale peut être réduite d'environ à 25 %, augmentant ainsi l'efficacité d'approximative- ment 5 à 7 %. L'absorbtion de couple de l'hélice est également rendue uniforme, augmentant ainsi la poussée lors d'un remorquage en permettant à l'ensemble d'entrai- nement de l'hélice principale de fonctionner à une vitesse de rotation plus élevée. Le dessin annexé montre schématiquement sur la Fig. 1 un système d'hélice pour bateau selon l'invention, et sur la Fig. 2 un système de turbine. 3. Sur la Fig. 1, le repère 1 désigne un arbre d'hélice entraîné par un ensemble d'entraînement (non représenté), sur lequel une hélice principale 2 est montée solidaire. Un ensemble à hélice, désigné dans son ensemble par le repère 3, tourillonne librement sur l'ar- bre 1. L'ensemble 3. est constitué de deux rotors 4 et 5 respectivement montés sur chaque côté de l'hélice princi- pale 2,pt qui sont reliés mécaniquement et rigidement l'un à l'autre au moyen d'ailettes 6 aux extrémités des pales. Le post-rotor 5 est une turbine, qui entraîne l'hélice avant 4. La combinaison forme ainsi un ensemble à turbine, qui charge l'hélice active 2 avec le débit qui dépend également de la charge de l'hélice. A pleine charge, c'est-à-dire à couple approxima- tivement constant, le débit à travers l'hélice 2 augmente avec la vitesse du bateau, ce qui signifie aussi que les vitesses induites diminuent lorsque la vitesse augmente. L'ensemble turbo 3 peut tourner dans la même direction ou dans le sens inverse de celui de l'hélice principale 2, présentant ainsi des propriétés différentes au système. La turbine acquiert la vitesse de rotation qui procure un angle d'écoulement contre les pales de quelques degrés. Avec un ensemble à turbine 3 tournant dans le même sens que l'hélice principale, la vitesse -25 de rotation de l'ensemble augmente d'environ 20 % si la vitesse de rotation de l'hélice 2 est doublée à pleine charge, en passant d'une vitesse faible du bateau (cas du remorquage) à une vitesse élevée. Dans un ensemble turbo 3 tournant en sens inverse, avec la même augmenta- tion de la vitesse de rotation (en tours par minute) de l'hélice 2, la vitesse de rotation de l'ensemble turbo fera plus que doubler et l'écoulement à travers l'hélice 2 augmentera. Ceci rend uniforme dans une certaine mesure 4. l'absorbtion de couples de l'hélice pour des charges variées. L'ensemble turbo 3 fournira à l'hélice 2 un débit accru, ce qui signifie que pour une puissance de moteur donnée, le diamètre de l'hélice 2 doit être réduit. L'effet de l'ensemble turbo comparé à une hélice simple est donc un débit augmenté avec une charge réduite, ce qui produit une uniformisation de l'absorbtion de cou- ple et rend ainsi possible une plus forte poussée à des vitesses faibles (cas du remorquage) car le moteur peut être entraîné plus rapidement et ainsi fournir une plus grande puissance au système d'hélice. De plus, un écoule- ment relativement plus important et une vitesse en sortie plus faible augmentent le rendement. La Fig. 2 montre le système de rotor inversé avec une turbine principale 2 sur un arbre 1 et un ensemble rotor 3 consistant en une turbine antérieure 5 et une hélice 4. Le débit à travers le système est accru par augmentation de la vitesse axiale moyenne à travers les premières turbines 5, 2, l'écoulement étant "éjecté" par l'intermédiaire de l'hélice 4. 5. REVENDICATIONS 1.- Système de rotor, comprenant un premier ensemble rotor (2) prévu pour fournir de l'énergie à un milieu environnant ou pour absorber de l'énergie provenant d'un milieu environnant en écoulement, carac- térisé par un second ensemble rotor (3) qui a un axe de rotation commun avec le premier ensemble et au moins deux rotors (4, 5) montés librement tourillonnant, qui sont mécaniquement reliés l'un à l'autre et sont disposés sur chaque côté du premier ensemble rotor. 2.- Système de rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier ensemble rotor (2) est un ensemble entraîné constituant une hélice de bateau et le second ensemble rotor (3) un ensemble monté libre- ment tourillonnant, dont le rotor arrière (5) constitue une turbine qui entraine le rotor avant (4) servant d'hélice antérieure. 3.- Système de rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux ensembles rotor (2, 3) sont agencés pour tourner dans des sens opposés. 4.- Système de rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux ensembles rotor (2, 3) sont agencés pour tourner dans le même sens.