Brevet FR2583710A1 — publié le 19861226

Dispositif à surfaces de quidaae destiné à agir sur l'écoulement vers les hélices dans les navires L'invention concerne un dispositif à surfaces conductrices ou de guidage destiné à agir sur l'affluen- ce ou l'écoulement vers les hélices dans les navires à une et plusieurs hélices propulsives, dans lequel, est disposée sur un ou sur les deux côtés de l'axe d'hélice en amont de l'hélice, au moins une surface conductrice. Il existe de nombreuses propositions visant à diminuer les pertes d'énergie lors de la conception de l'ensemble de propulsion et à réduire la production de vibrations et le risque de cavitation dans les hélices. Elles se rapportent notamment aux éléments de construc- tion pour diminuer les pertes par giration et pour ré- partir uniformément l'affluence vers l'hélice. Ces so- lutions présentent l'inconvénient de ne constituer en principe que des mesures individuelles qui visent une ou deux déperditions particulières d'énergie et qui ne con- sidèrent les améliorations d'autres propriétés influen- çant la propulsion que comme effets secondaires. Par conséquent, elles ne répondent qu'insuffisamment à la complexité des objectifs actuels. Pour réduire les pertes giratoires dans les hé- lices de navires, on connaît de multiples solutions vi- sant à produire une pré-giration en amont de l'hélice ou à utiliser l'énergie giratoire par l'intermédiaire de dispositifs à surfaces conductrices disposées derrière l'hélice. Il est également connu d'adapter plusieurs surfaces conductrices sur la zone d'affluence vers l'hé- lice de telle manière que la forme et le réglage des différentes surfaces conductrices soient fortement va- riables le long de la périphérie et, que dans le cas ex- trême, une seule surface conductrice est agencée sur le côté du mouvement ascendant de l'hélice. L'exécution selon le document DE-GM-8 314 111 est représentative d'une production pré-giratoire avec adaptation sur la zone d'affluence, la longueur de la surface conductrice étant indiquée ici comme étant supé- rieure de 1,1 fois à la longueur de la pale d'hélice. Cependant, les surfaces conductrices longues donnent lieu à des inconvénients en matière d'énergie et de fonctionnement. Sur le bord extérieur d'une surface con- ductrice, la circulation de la surface conductrice tombe à pratiquement zéro et il se forme un tourbillon qui s'écoule depuis la pointe de la surface conductrice vers l'arrière. Lorsqu'il passe à travers l'aire de cercle ou la surface déterminée- par la rotation de l'hélice, ce tourbillon provoque au niveau de l'hélice des conditions d'affluence locales non homogènes avec un risque de ca- vitation accru et des variations dans la puissance des pales. L'exécution de surfaces conductrices longues qui se prolongent au-delà du cercle de l'hélice peut mettre l'hélice à l'abri des tourbillons de pointe des surfaces conductrices. Ceci est particulièrement important dans le cas de charges relativement plus importantes des sur- faces conductrices. Les inconvénients de cette solution résident toutefois dans le fait qu'également à l'exté- rieur du cercle de l'hélice de l'énergie giratoire est encore introduite, laquelle ne peut pas être récupérée et en ce que les surfaces conductrices longues s'avèrent moins favorables eu égard à la résistance, au comporte- ment aux vibrations et aux risques d'avarie. En particu- lier, cette solution ne permet pas de placer la déperdi- tion de circulation de surfaces conductrices fortement chargées en un endroit défini de la surface, y compris à l'intérieur de l'aire de cercle de l'hélice, et d'éviter ainsi simultanément la formation de forts tourbillons de pointe. Selon le brevet DE-AS-3 324 753, on connaît par ailleurs la réalisation de surfaces conductrices relati- vement courtes, fortement courbées dans la zone de la couche limite d'écoulement sur la poupe. Cet agencement ne concerne que le fluide d'écoulement dans la zone li- mitrophe de la paroi du navire et ne permet pas de pro- duire une prégiration dans les zones extérieures de l'aire de cercle de l'hélice. De surcroît, son action est limitée à des formes de navires déterminées. Pour uniformiser l'écoulement dans la zone d'af- fluence de l'hélice, pour empêcher son décollement au niveau de la poupe du navire et pour décharger l'hélice, on utilise des tuyères de grandeurs et d'implantations différentes par rapport à l'hélice, lesquelles toutefois ne permettent aucune production substantielle de pré- giration. Un autre inconvénient des solutions connues ré- side en ce qu'elles ne sont pas adaptables aux diffé- rents cas de charges d'un navire. Le but de la présente invention est de créer un dispositif à surfaces conductrices, avantageux sur le plan de l'énergie et du fonctionnement et adaptable pour exercer une influence sur l'écoulement vers les hélices des navires, ce dispositif permettant de diminuer les pertes d'énergie et d'influer en même temps favorable- ment sur le comportement à l'égard des vibrations et sur les dépenses en matériel pour l'ensemble du navire. L'invention a pour but de créer un dispositif de surfaces conductrices qui exerce une action sur la zone d'affluence de l'hélice de façon à produire une pré-gi- ration appropriée, à faire entrer suffisamment en ligne de compte les composantes verticales de la couche limite sur la paroi du navire, à diminuer la génération d'im- pulsions de compression par l'hélice et par l'excentri- cité de poussée de l'hélice, d'éviter les conséquences défavorables du dispositif de surfaces conductrices pour l'hélice dues aux tourbillons de pointe des surfaces conductrices, à maintenir dans des proportions faibles la friction sur les surfaces conductrices elles-mêmes et à limiter dans une large mesure les vibrations des sur- faces conductrices. Dans ce cas, il est souhaitable que l'on puisse influer aussi bien sur les composantes ver- ticales des zones d'affluence que sur leurs composantes axiales et transversales. Conformément à l'invention, cet objectif est atteint en ce qu'un dispositif à surfaces conductrices destiné à exercer une influence sur l'écoulement vers l'hélice dans des navires à une et plusieurs hélices, présentant sur un ou sur les deux côtés de l'axe de. l'hélice en amont de l'hélice, au moins une surface con- ductrice qui comporte une forme profilée, en voûte, adaptée à la zone d'écoulement, est agencé de telle ma- nière que sur le côté du battement ascendant de l'hélice sont disposées une ou plusieurs surfaces conductrices principales ayant une tangente de sortie de la ligne squelette du profil, inclinée d'au moins 5' vers le bas par rapport à la ligne de référence du navire et une longueur de surface conductrice inférieure & 1,1 fois la longueur de la pale d'hélice. Il est avantageux que l'angle de sortie de la tangente de sortie de la ligne squelette du profil de la surface conductrice principale soit supérieur à 5' pour le moins dans la zone médiane de la longueur de la surface conductrice. Toujours conformément à l'invention, une surface conductrice supplémentaire présentant un profil voûté, en sens contraire de celui de la surface conductrice principale est déposée sur le côté du battement descen- dant de l'hélice. Un mode de réalisation avantageux de l'invention réside dans le fait que l'angle de la tan- gente de sortie de la ligne squelette du profil de cette surface conductrice est dirigé d'au moins 5' vers le haut, la longueur de cette surface conductrice étant in- férieure à 0,7 fois la longueur de la surface conductri- ce principale. Il est avantageux que les surfaces conductrices soient prévues à la hauteur de l'arbre d'hélice. Dans ce cas, elles peuvent être horizontales ou inclinées vers le haut ou vers le bas. Dans un autre mode de réalisation de l'inven- tion, les surfaces conductrices sont agencées de manière à être entièrement ou partiellement réglables. Ces surfaces conductrices servent principalement à influer sur la composante verticale d'une zone d'af- fluence. Dans un autre mode de réalisation de l'inven- tion, un stabilisateur ou dérive d'appui profilé est disposé sur l'extrémité extérieure de la surface conduc- trice de sorte que la surface conductrice est en appui contre le corps du navire se trouvant au-dessus. Dans ce cas, le stabilisateur peut être dirigé verticalement ou obliquement vers le haut. Il est avantageux que le stabilisateur soit dis- posé obliquement par rapport au plan médian du navire, la distance entre le stabilisateur et le plan médian du navire se réduisant en direction de l'hélice. Les déri- ves ou stabilisateurs peuvent être de conception entiè- rement ou partiellement réglable. Pour disposer de plusieurs surfaces conductrices sur un ou sur les deux côtés du plan médian du navire, les extrémités extérieures des surfaces conductrices d'un côté sont fixées sur le stabilisateur respectif. Une caractéristique selon l'invention réside par ailleurs en ce que la surface conductrice principale présente sur son bord extérieur un déflecteur de tour- billons. Celui-ci peut également être disposé à l'inté- rieur de la surface conductrice principale. Le déflec- tourbillons peut avoir la forme d'un fuseau teur de tourbillonnaire, d'un disque d'extrémité ou d'une aile en pointe. La fonction du déflecteur de tourbillons peut également être assurée par les stabilisateurs. Des avantages essentiels de l'invention résul- tent du fait que la déflection nécessaire de l'écoule- ment est réalisée avec seulement une faible nombre de surfaces conductrices, que les surfaces conductrices ne se prolongent pas substantiellement au-delà du cercle de l'hélice et peuvent comporter des éléments ou une confi- guration empêchant la formation de tourbillons de pointe puissants et concentrés. En fonction de la zone d'afflu- ence, des surfaces conductrices complémentaires, qui peuvent également être de conception sensiblement plus courte et sans déflecteur de tourbillons, peuvent être prévues. Un gauchissement des surfaces conductrices en vue de l'adaptation à la zone d'écoulement est avanta- geux. Les surfaces conductrices produisent dans les principales zones de l'aire de cercle d'hélice une com- posante périphérique dirigée dans le même sens, en tant que pré-giration en amont de l'hélice, opposée au sens de rotation de celle-ci, l'hélice fonctionnant ainsi d'une façon plus favorable sur le plan énergétique et se trouvant chargée plus uniformément sur la'périphérie de sorte que la production d'impulsions de pression, l'ex- centricité de poussées, et le risque de cavitation se trouvent simultanément influencés favorablement. Les dé- flecteurs de tourbillons permettent de déterminer la perte de circulation en un point défini par'rapport aux rayons extérieurs de l'hélice et d'agir ou d'entraver le processus de développement des tourbillons de la surface conductrice et d'améliorer la coopération de l'hélice et du dispositif à surfaces conductrices. Pour les zones d'affluence présentant des différences plus importantes dans la composante axiale ou présentant d'autres défauts d'homogénéité, il est nécessaire d'agir également sur les autres composantes dans la zone d'écoulement. Pour Z583710 ce faire, les stabilisateurs, grâce auxquels pour l'es- sentiel une amélioration de l'écoulement se produit transversalement au plan médian du navire, s'avèrent ap- propriés. Ceci s'applique notamment à la zone située au- dessus de l'arbre d'hélice. Il est avantageux dans ce cas, d'utiliser les stabilisateurs nécessaires, en même temps pour le support des surfaces conductrices pour la production de la pré-giration. L'influence sur l'écoulement peut être accrue par la possibilité de réglage total ou partiel des dis- positifs à surfaces conductrices. Le dispositif & surfa- ces conductrices proposé permet alors en modifiant la pré-giration pendant la marche du navire, dans certaines limites, un réglage pour les différents états de charge ou une modification de la résistance du corps du navire, une correction des erreurs de calcul et d'exercer une influence sur le spectre de fréquence des forces d'héli- ce stationnaires. Les déflecteurs de tourbillons propo- sés offrent simultanément un volume permettant de loger des clapets réglables sur les surfaces conductrices. L'exécution selon l'invention permet de réaliser les fonctions nécessaires sous forme d'éléments compacts peu nombreux et de limiter ainsi les pertes par friction et les dépenses en matériaux pour le dispositif à surfa- ces conductrices. Exemple d'exécution L'invention est expliquée ci-après plus en dé- tail à l'aide d'un exemple d'exécution ci-après. Dans les dessins ciannexés, - la figure 1 représente une vue de dessus d'un agencement du dispositif à surfaces conductrices pour un navire à une seule hélice; - la figure 2 représente la vue depuis l'arrière selon la figure 1; - la figure 3 représente une vue latérale selon la figure 1 sans déflecteur de tourbillons; 2583710. - la figure 4 représente une vue de dessus et de côté de différentes variantes munies de déflecteurs de tourbillons; - la figure 5 représente une vue depuis l'arriè- re d'un agencement comportant deux surfaces conductrices et deux stabilisateurs pour un navire à une seule héli- ce; - la figure 6 représente une vue depuis l'arriè- re d'un agencement muni de trois-surfaces conductrices et de deux stabilisateurs pour un navire à une seule hélice; - la figure 7 représente la coupe selon A-A des figures 5 ou 6; - la figure 8 représente la vue latérale du côté de battement descendant de l'hélice. Selon les figures 1 et 2, des dispositifs à sur- faces conductrices d'écoulement sont prévus à la poupe du navire 1 desdeux côtés de l'axe d'hélice 2 en amont de l'hélice 3. Ils présentent une forme profilée et en voûte et sont disposés par rapport à l'axe de référence du navire. Le sens de rotation 8 de l'hélice 3 dans le cercle d'hélice 9 est représenté par une flèche. Le dis- positif à surfaces conductrices disposé sur le côté de battement ascendant de l'hélice 3 est-désigné comme étant la surface conductrice principale 4 et le disposi- tif à surface conductrice implanté sur le côté de batte- ment descendant de l'hélice 3 est désigné comme étant la surface conductrice 5. La longueur, le contour ou profil, le cintrage et l'agencement peuvent être différemment conçus en fonction de la zone d'affluence pour chaque dispositif de guidage. Toutefois, la longueur de la surface conduc- trice LL de la surface conductrice principale 4 doit être inférieure à 1, 1 fois la longueur LP de la pale d'hélice de l'hélice 3. La figure 3 fait apparaître que la tangente de sortie 10 de la ligne squelette 11 de la surface conduc- trice principale 4 forme l'angle de sortie 13 sur le cô- té de battement ascendant de l'hélice 3 avec la ligne de référence 12 du navire. Au minimum, l'angle de sortie 13 dans la zone médiane de la longueur de surface conduc- trice LL doit être supérieur à 5'. La surface conductrice 5 agencée sur le côté de battement descendant de l'hélice 3 présente un cintrage en sens opposé à la surface conductrice principale 4. La tangente de sortie 20 de la ligne squelette 11 de la surface conductrice 5 forme avec la ligne de référence 12 du navire l'ange de sortie 19, lequel est d'au moins *. La surface conductrice 5 est de surface plus petite que la surface conductrice principale 4. La longueur LL2 de la surface conductrice 5 doit être inférieure à 0,7 fois de la longueur LL de la surface principale 4. Des modes de réalisation avec des déflecteurs de tourbillons sont représentés à la figure 4. Ils ont ici la forme d'un fuseau de tourbillons 6a, d'un disque d'extrémité hélicoïdal 5b ainsi que d'une aile en pointe 6c, qui peut également être exécu- tée sur un seul côté (voir 6d et 6e). Comme le montre la variante 6f, le déflecteur de tourbillons 6 peut égale- ment être prévu à l'intérieur de la surface conductrice principale 4 comme disque conducteur 14. On peut natu- rellement utiliser d'autres corps d'écoulement comme déflecteurs de tourbillons non représentés ici. Dans la zone de l'arête de sortie les disposi- tifs à surfaces conductrices peuvent comporter des cla- pets réglabes 7 pour modifier le profil de la voûte ou être même réglables autour de leur axe longitudinal. La figure 1 représente un tel clapet 7 pour la surface con- ductrice principale 4 s'étendant sur toute la longueur de la surface conductrice 4. Toutefois, ce clapet 7 peut également ne couvrir qu'une partie de la longueur LL de la surface conductrice ou on peut également disposer plusieurs clapets 7 en juxtaposition. Selon la variante 6f à la figure 4, le clapet 7 ne s'étend que jusqu'au disque conducteur 14. Les dispositifs à surfaces conductrices, la sur- face conductrice principale 4 ainsi que la surface con- ductrice 5 peuvent également être concue comme des ailes à fentes. Les figures S et 6 montrent des agencements de systèmes munis de stabilisateurs ayant une fonction con- ductrice d'écoulement. Sur les extrémités extérieures des surfaces conductrices 4; 18 sont agencés respecti- vement des stabilisateurs 15; 16. Chaque stabilisateur ; 16 présente un profil hydrodynamiquement favorable et s'étend vers le haut en direction de la poupe du na- vire 1, o il est fixé. Les stabilisateurs 15; 16 sont disposés obliquement par rapport au plan médian du navi- re. Ceci permet de réduire la distance du stabilisateur ; 16 par rapport au plan médian du navire en direc- tion de l'hélice 3. Ceci ressort notamment de la figure 7 qui représente une coupe A-A des stabilisateurs 15; 16. Selon un autre exemple d'exécution (voir la figure 6) on a disposé des deux côtés du plan médian du navire au total trois surfaces conductrices 4; 17 et 18. Les extrémités extérieures des surfaces conductrices 4; 17 sont reliées au stabilisateur 15 et l'extrémité exté- rieure de la surface conductrice 18 est reliée au stabi- lisateur 16. Il est possible de faire en sorte que la surface conductrice principale 4 puisse être combinée, également en liaison avec la surface conductrice 5, avec d'autres éléments ayant une influence propulsive comme par exem- ple des tuyères, des tuyères partielles, des formes de poupe asymétriques et similaires. Le mode d'action du dispositif à surfaces con- ductrices est le suivant: la surface principale 4 et la 1 1 surface conductrice 5 produisent dans des zones essen- tielles de la surface d'hélice une composante périphéri- que de l'écoulement dirigée dans le même sens en tant que pré-giration en amont de l'hélice 3, laquelle grâce à ces conditions fonctionne plus favorablement sur le plan énergétique et se trouve chargée plus uniformément sur la périphérie de sorte que la production d'impulsion de pression et l'excentricité de poussée sont en même temps favorablement influencées. Dans ce cas, la surface conductrice principale 4 produit la déflection d'écoule- ment essentielle en vue de l'obtention de la pré-gira- tion et la surface conductrice 5 provoque un écoulement de couche limite supplémentaire, ce qui améliore la zone d'affluence. La conception du bord extérieur est particuliè- rement importante pour les surfaces conductrices qui as- surent une déflection importante de l'écoulement, par exemple pour la surface conductrice principale 4. Le déflecteur de tourbillons 6 prévu a pour but d'éviter la concentration de tourbillons de pointe im- portants en entravant le processus de développement des tourbillons de pointe et en produisant une répartition plane de la circulation sur la surface. Les stabilisateurs 15; 16 fixés sur les extré- mités extérieures des surfaces conductrices 4; 17 et 18 et sur le corps de la poupe du navire 1 servent tant à améliorer davantage l'affluence vers l'hélice 3 qu'à étayer les surfaces conductrices 4; 17 et 18 d'une ma- nière stabilisante. REVENDICATIONS 1. Dispositif à surfaces conductrices ou de gui- dage destiné à agir l'affluence ou l'écoulement vers l'hélice dans des navires à une et plusieurs hélices, présentant sur un ou sur les deux côtés de l'axe de l'hélice en amont de l'hélice, au moins une surface con- ductrice qui comporte une forme profilée, en voûte et adaptée à la zone d'écoulement, caractérisé par le fait qu'il est agencé de telle manière que sur le côté du battement ascendant de l'hélice (3) sont diposées une ou plusieurs surfaces conductrices principales (4) ayant une tangente de sortie (10) de la ligne squelette (12) du profil, inclinée d'au moins 5' vers le bas par rap- port à la ligne de référence (12) du navire et une lon- gueur (LL) de surface conductrice inférieure à 1,1 fois la longueur (LP) de la pale d'hélice (3). 2. Dispositif à surfaces conductrices selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une surface con- ductrice supplémentaire (5;18) présentant un profil voû- té dans le sens opposé à la surface conductrice princi- pale (4) est disposée sur le côté de battement descen- dant de l'hélice 3. 3. Dispositif à surfaces conductrices selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'une surface conductrice (5) comportant un profil voûté opposé à la surface conductrice principale (4) est disposée sur le côté de battement descendant de l'hélice (3), dont l'an- gle (19) de la tangente de sortie (20) de la ligne sque- lette (11) du profil de la surface conductrice (5) est dirigé au minimum de 5' vers le haut et dont la longueur (LL2)de surface conductrice est inférieure à 0,7 fois la longueur (LL) de la surface conductrice principale (4). 4. Dispositif à surfaces conductrices selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce qu'un stabili- sateur profilé (15;16) est agencé sur l'extrémité exté- rieure de la surface conductrice (4;18) de sorte que la surface conductrice est supportée par le stabilisateur (15;16) en direction du corps du navire se trouvant au- dessus. 5. Dispositif à surfaces conductrices selon la revendication 4, caractérisé en ce que les stabilisa- teurs (15;16) s'étendent vers le haut verticalement ou obliquement. 6. Dispositif à surfaces conductrices selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les stabi- lisateurs (15;16) sont agencés obliquement par rapport au plan médian du navire, diminuant ainsi la distance du stabilisateur (15;16) par rapport à la ligne médiane du navire dans la direction de l'hélice. 7. Dispositif à surfaces conductrices selon la revendication 4, 5 et/ou 6, caractérisé en ce que les extrémités extérieures des surfaces conductrices (4;17 et 18) d'un côté, sont fixées sur le stabilisateur cor- respondant (15;16). 8. Dispositif à surfaces conductrices selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface con- ductrice principale (4) présente un déflecteur de tour- billons (6) sur son bord extérieur. 9. Dispositif à surfaces conductrices selon la revendication 1 ou 8, caractérisé en ce que le déflec- teur de tourbillons (6) est disposé à l'intérieur de la surface conductrice principale (4). 10. Dispositif à surfaces conductrices selon les revendications 1, 8 et 9, caractérisé en ce que le dé- flecteur de tourbillons (6) présente la forme d'un fu- seau de tourbillons (6a), d'un disque d'extrémité (6b) ou d'une aile en pointe (6c-6e). 11. Dispositif à surfaces conductrices selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle de sortie (13) de la tangente de sortie (10) de la ligne squelette du profil de la surface conductrice principale (4) est supérieur à 5' pour le moins dans la zone médiane de la longueur (LL) de la surface conductrice. 12. Dispositif à surfaces conductrices selon les revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les surfa- ces conductrices (4;5;17;18) et les stabilisateurs (15; 16) sont agencés de manière à être entièrement ou par- tiellement réglables.