Brevet FR2583709A1 — publié le 19861226

La présente invention concerne les constructions navales et a notamment pour objet une hélice propulsive de navire à ailes portantes. L'invention proposée peut être utilisée notamment dans l'étude et la fabrication d'hélices propulsives de navires à ailes portantes travaillant sur des arbres porte-hélice inclinés ( 0 = 12 à 160). I1 est également possible d'utiliser les hélices propulsives conformes à la présente invention sur d'autres navires rapides dont les arbres porte-hélice sont montés avec une grande inclinaison (# = = 12 à 160). On connaît les hélices propulsives utilisées sur les navires à déplacement dont les ailes sont fortement allongées et inclinées en sens contraire du sens de rotation (hélice en flèche) à partir d'un rayon relatif r > 0,5 (rapport entre le rayon instantané et le rayon de l'hélice propulsive). Ces hélices propulsives sont montées sur des arbres porte-hélice qui n'ont pratiquement aucune inclinaison O); 0) l'angle d'écartement x des ailes est égale à une valeur de 5 à 600 sur les sections effectives r = 0,5 à 0,8 et ensuite jusqu'à l'extrémité de l'aile, où les vitesses d'afflux sur les ailes sont suffisamment grandes pour provoquer-la cavitation et l'érosion; dans la zone des sections voisines du pied d'aile et tout le long du rayon r Ces hélices propulsives réunissent une technologie simple de fabrication et de hautes caractéristiques de résistance à l'érosion dans les conditions de travail des hélices de navires à déplacement dont les vitesses de marche sont relativement faibles. L'apparition et le développement des glisseurs et, plus tard, des navires à ailes portantes ont posé le problème de l'obtention des caractéristiques nécessaires de propulsion et de résistance à l'érosion des hélices propulsives fonctionnant dans les conditions de cavitation et d'irrégularité du courant résultant de l'inclinaison de l'arbre porte-hélice. Le mode le plus répandu de transmission de la puissance du moteur à l'hélice propulsive des navires à ailes portantes est la transmission par l'intermédiaire d'arbres porte-hélice inclinés. La particularité du fonctionnement des hélices propulsives de navires à ailes portantes montées sur des arbres porte-hélice inclinés réside en la présence de l'afflux oblique du courant sur les hélices propulsives et, par conséquent, en leur fonctionnement dans un champ de vitesses irrégulier à des vitesses élevées supérieures à 30 noeuds. Pendant le fonctionnement des hélices propulsives dans le champ de vitesses irrégulier, l'angle d'attaque des ailes de l'hélice propulsive varie en un tour dans une large plage et s'écarte notablement de la valeur optimale en fonction de l'angle induit (ou déflexion) et de la vitesse de marche du navire. Ces variations des angles d'attaque (oC min = oLmax = +140) dans la zone des sections à travers le pied aboutissent aux phénomènes défavorables suivants: - cavitation et érosion dans la zone des sections à travers le pied; - réduction du rendement des hélices propulsives, - vibration de l'hélice propulsive ellXe-même, transmise à l'extrémité arrière du navire. Sur les navires à ailes portantes, on utilisait initialement des hélices propulsives à ailes larges (nombre d'ailes Z = 3) qui assuraient un rendement relativement élevé : t = 0,6. Toutefois, les détériorations provoquées par l'érosion résultant de la cavitation et la faible durée de vie (entre 200 et 400 heures de marche) ont empêché leur utilisation sur une large échelle. La principale mesure appliquée pour lutter contre la cavitation et l'érosion des hélices propulsives des navires rapides (navires à ailes portantes, bateaux à coussin d'air, glisseurs) a consisté à réduire la charge sur les ailes en augmentant pour cela le nombre d'ailes jusqu'à Z = 5 à 6. C'est pourquoi le type principal d'hélices propulsives de navires à ailes portantes en utilisation à l'heure actuelle sont les hélices propulsives à ailes larges et multiples qui permettent de résoudre en même temps les problèmes liés à l'amélioration des caractéristiques de résistance à l'érosion et à la réduction de la vibration. Cependant, le rendement des hélices propulsives à ailes multiples (Z = 5 à 6) est de 4 à 5 S inférieur à celui des hélices propulsives à trois ailes. On s'est donc proposé de mettre au point une hélice propulsive pour navire rapide, dans laquelle la forme de l'aile serait réalisée de façon à permettre de supprimer la cavitation et l'érosion des sections à travers le pied d'aile sans toutefois diminuer le rendement. Le problème ainsi posé est résolu du fait que l'hélice propulsive pour navire rapide, du type comportant un moyeu monté sur un arbre porte-hélice incline, et des ailes fixées sur ledit moyeu et dont chacune est inclinée, suivant toute sa longueur, en sens contraire du sens de rotation de l'arbre porte-hélice, est caractérisée, suivant l'invention, en ce que l'angle d'écartement de l'arête d'entrée de la section en travers du pied d'aile, c'est-à-dire de l'angle formé par la tangente au point de l'arête d'entrée de cette section et une ligne perpendiculaire à l'axe géométrique du moyeu par rapport au même point, constitue 30 à 459, et que les angles d'inclinaison de l'arête d'entrée des sections suivantes de chaque aile augmentent progressivement. Sur l'hélice propulsive réalisée conformément à la présente invention, la cavitation et l'érosion sont sensiblement réduites surtout dans les sections du pied d'aile, tout en préservant le rendement propre aux hélices propulsives à petit nombre d'ailes. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lecture de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente d'une manière schématique une hélice propulsive comportant un moyeu et présentant le contour redressé d'une aile à angle d'inclinaison orientée en sens contraire du sens de rotation; - la figure 2 est une vue en coupe suivant II-II de la figure 1. L'hélice propulsive est montée sur un arbre porte hélice à angle d'inclinaison 9 = 12 à 160. L'arbre porte-hélice n'est pas montré sur la figure, car il ne fait pas l'objet de la présente invention. L'hélice porpulsive comporte un moyen 1 (figure 1) et des ailes 2 fabriquées, dans l'exemple décrit, d'une seule pièce avec le moyeu 1. Le profil de la section de chaque aile 2 se présente sous forme d'un segment convexe-concave, comme il ressort de lafigure 2. L'hélice-propulsive possède par exemple troisailes 2 dont les arêtes d'entrée sont inclinées en sens contraire du sens de rotation indiqué par la flèche A (figure 1). L'angle d'inclinaison x de l'arête d'entrée de chaque aile 2 dans la section à travers le pied 3 de l'aile, c'est-à-dire l'angle formé par la tangente 4 au point de l'arête d'entrée de cette section et par une ligne 5 perpendiculaire à l'axe géométrique 6 du moyeu 1 au même point, est de 30 à 450, les angles d'inclinaison de l'arête d'entrée de chaque aile 2 allant an augmentant progressivement dans les sections suivantes et déterminés, par rapport à la ligne perpendiculaire à l'axe 6 dumoyeu 1, par la formule x = Ar2 + Br - 6, = D tétant la distance entre/d'une part, la droite perpendilaire à la ligne de jonction de l'aile 2 au moyeu 1 sur le contour développé et allongé, et d'autre part, l'arête d'entrée de l'ails 2 sur chaque rayon; D est le diamètre de l'hélice propulsive,égal à 2r; r est le rayon relatif de la section, r = r est le rayon de la section instantanée; R est le rayon de l'hélice propulsive. A, B, C sont des coefficients numériques dont la valeur dépend de l'angle d'inclinaison de l'arbre portehélice, de la vitesse de marche, du régime de fonctionne- ment de l'hélice propulsive. Ainsi, par exemple, pour une vitesse de marche du navire V = 30-35 noeuds et pour un angle d'inclinaison de l'arbre porte-hélice Y = 160, ces coefficients seront: A = 0,77,8 = 0,33, C = 0,11. Ces valeurs sont déterminées par voie expérimentale. L'hélice propulsive fonctionne de la manière suivante. L'écartement > = 30 à 450 de l'aile 2 dans la section à travers le pied d'aile et l'inclinaison suivant une loi optimale du reste de l'aile 2 créent, en combinaison avec l'aérodynamisme tridimensionnel du profil de la section de l'aile 2 et avec le mouvement rotatif dans un courant fortement dévié ( tua 120) , une redistribution sans à-coups, suivant l'arête d'entrée de l'aile 2, de la pression déplaçant le liquide suivant la génératrice de l'arête avant de l'aile 2. En donnant aux ailes 2 de l'hélice propulsive ladite inclinaison, on obtient les effets suivants - la cavitation sur les ailes apparaît à des vitesses d'afflux plus élevées que dans le cas des hélices propulsives classiques; - les variations de la dépression et de la force portante résultant des variations des angles d'attaque des éléments de l'aile en un tour de l'hélice propulsive diminuent. Ces effets influent d'une manière favorable sur le fonctionnement de l'hélice propulsive conforme à la présente invention dans un champ de vitesses irrégulier, tant en ce qui concerne la réduction et la suppression de la cavitation et de l'érosion que la diminution des vibrations et l'obtention d'un haut rendement. Un modèle expérimental de l'hélice propulsive exécutée selon la présente invention a été fabriqué, monté et essayé sur un navire à ailes portantes pendant 70 heures de marche. On n'a pas constaté de détoriations dues à l'érosion. L'hélice propulsi-ve a confirmé son haut rendement. R E V E N O I C A TI O N Hélice propulsive pour bateau ou navire rapide, du type comportant un moyeu (1) monté sur un arbre porte-hélice incliné et des ailes (2) fixées sur ledit moyeu et dont chacune est inclinée suivant toute sa longueur en sens contraire du sens de rotation de l'arbre porte-hélice, caractérisée en ce que l'angle (x) d'inclinaison de l'arête d'entrée de la section à travers le pied d'aile, c'est-à-dire l'angle formé par la tangente (4) à un point de l'arête d'entrée situé dans cette section et par une ligne (5) perpendiculaire à l'axe géométrique (6r du moyeu (1) au même point, constitue 30 à 450, et que les angles d'inclinaison de l'arête d'entrée de chaque aile (2) s'accroissent progressivement dans les sections successives suivantes.