Brevet FR2594787A1 — publié le 19870828

La présente invention concerne un mécanisme de propulsion pour engin aquatique. Elle concerne également un engin aquatique, tel qu'un bateau, propulsé au moyen d'un tel mécanisme de propulsion. Le problème technique qui est résolu d'une manière générale par la présente invention est celui de proposer un nouveau mécanisme de propulsion pour engins aquatiques, tels que des bateaux, présentant un rendement amélioré par rapport à celui des mécanismes conventionnels tels que les roues à aubes ou hélices et, exempt de vibrations. La présente invention réalise ce but en proposant un mécanisme de propulsion pour engins aquatiques caractérisé, d'une manière générale, en ce qu'il comporte au moins une nageoire allongée comportant au moins deux sur races actives : une première dite active avant, montée pivotante autour d'un axe appartenant à cette surface et perpendiculaire à l'orientation générale de la nageoire ; une seconde, dite arrière, montée à l'arrière de la surface active avant et articulée autour d'un axe parallèle audit axe de pivotement de la surface active avant ; et des moyens moteur adaptés à imprimer à la surface active avant un mouvement rotatif de va-et-vient autour dudit axe de pivotement, d'amplitude angulaire prédéterminée. Suivant un mode de réalisation avantageux, l'axe de pivotement de la partie active avant et l'axe d'articulation de la partie active arrière sont confondus. Selon une autre caractéristique de l'invention, et dans un mode de réalisation préféré de celle-ci, la surface active avant, est montée pivotante autour d'un arbre coaxial avec ledit axe de pivotement et lesdits moyens moteur comportent des moyens adaptés à déplacer ledit arbre parallèlement à lui-même, dans une direction sensiblement transversale à la direction de propulsion. Grâce à ces dispositions, on dispose d'un mécanisme de propulsion particulièrement souple et dont le rendement est notablement amélioré par rapport aux mécanismes de propulsion faisant intervenir des hélices. On sait en effet qu'il arrive que lrhélice d'un bateau tourne à vide au cours de certaines accélérations. On sait aussi que le rendement d'une hélice dépend de sa vitesse de rotation et n'est, par conséquent, pas optimum à toutes les vitesses de rotation de l'hélice. Au contraire, la surface active avant du mécanisme selon la présente invention, qui est animée d'un mouvement de va-et-vient d'amplitude prédéterminée, relativement faible dans un mode de réalisation préféré, et dont la vitesse moyenne angulaire est, dans le mode de réalisation préféré, relativement faible (par exemple de l'ordre de quelques dixièmes de degrés à quelques dizaines de degrés par seconde) déplace, pendant chaque phase de son mouvement une importante quantité d'eau, ce qui permet, comme il sera expliqué plus loin, d'assurer la propulsion de l'engin. Le demandeur a constaté que dans des conditions normales d'utilisation la surface active avant ne pouvait battre à vide. Enfin, le mécanisme selon la présente invention présente, toutes choses égales par ailleurs, un bien meilleur rendement énergétique que des mécanismes de propulsion à hélice. Selon plusieurs autres caractéristiques de l'invention, avantageusement mises en oeuvre dans un mode de réalisation préféré, lesdits moyens de déplacement comportent un segment moteur articulé sur l'engin et articulé à son extrémité arrière sur ledit arbre et des moyens adaptés à imprimer audit segment un mouvement de balancier autour d'un axe parallèle audit arbre et passant par le point d'articulation du segment sur l'engin. De plus, le mécanisme comporte un moyen élastique de rappel de la surface active avant de la nageoire dans une position neutre parallèle à la direction de propulsion, ce moyen élastique de rappel pouvant avantageusement être constitué d'un ou plusieurs ressorts de torsion associés audit arbre autour duquel la surface active avant est montée à pivotement. En outre, selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la surface active arrière est flexible ou souple. Grâce à l'ensemble de ces dispositions, le mécanisme de propulsion est particulièrement simple à réaliser. On notera en outre que le fait de prévoir 'a caractéristique selon laquelle la surtace arrière est flexible permet d'améliorer le fonctionnement et le rendement de la nageoire en évitant toute rupture angulaire marquée sur l'ensemble de la surface active de la nageoire. Selon une autre caractéristique de l'invention permettant d'augmenter le rendement du mécanisme de façon notable, on dispose les nageoires par paires, les nageoires de chaque paire fonctionnant en opposition de phase, pour obtenir une propulsion de l'engin en ligne droite. Grâce à cette disposition particulièrement avantageuse au cours de chaque cycle de fonctionnement, un important volume d'eau est repoussé vers l'arrière des nageoires, une force importante de propulsion, vers l'avant, étant obtenue en réaction. Dans cette variante de réalisation, et selon une autre caractéristique du mécanisme selon l'invention, pour obtenir une propulsion selon une ligne courbe, on dispose dans le mécanisme des moyens différentiels adaptés à obtenir à volonté, pour chaque paire de nageoires, une variation relative de vitesse angulaire de la surface active avant des nageoires. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préféré de l'invention, description faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en élévation schématique d'une nageoire selon la présente invention avec prolongement par une portion souple ou flexible, - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne Il-Il de la figure 1, - les figures 3 et 4 illustrent le fonctionnement du mécanisme selon l'invention au cours des deux phases principales du cycle de fonctionnement. Selon la forme de réalisation choisie et représentée sur les figures, le mécanisme de propulsion selon l'invention comporte une nageoire 10 allongée comportant deux surfaces actives 11, 12. Une première de ces surfaces, dite surface active avant, référencée en 11, est, d'une façon générale, montée pivotante autour d'un axe 13 appartenant à cette surface et perpendiculaire à l'orientation générale de la nageoire définie, sur la figure 1, par l'axe de coupe II-II. La seconde surface active, dite arrière, référencée d'une manière générale en 12, comporte, selon une forme de réalisation avantageuse, une portion rigide dite avant 12a, prolongée par une seconde portion flexible ou souple dite arrière 12b, sensiblement articulée autour du bord terminal 14 de première portion parallèle audit axe de pivotement 13. Cette dernière surface active peut être réalisée avantageusement en acier relativement mince, son épaisseur allant en diminuant entre la jonction 14 et la queue 26 de cette surface 12. Les surfaces actives 11 et 12a sont, quant à elles, réalisées en un matériau rigide, tel qu'en acier renforcé par des longerons (non représentés). On constate, figures 1 et 2, que les surfaces actives 11, 12 présentent une continuité de surface. D'une manière générale, selon l'invention, le mécanisme de propulsion comporte des moyens moteur adaptés à imprimer à la surface active avant 11 un mouvement rotatif de va-et-vient autour de l'axe de pivotement 13, mouvement rotatif d'amplitude angulaire prédéterminée. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, les moyens moteur sont adaptés à imprimer à la surface active avant 11 un mouvement angulaire d'amplitude angulaire prédéterminée, la position extrême de ce mouvement angulaire étant référencée en 11', 11" sur la figure 2. On observe qu'en 11', 11" la surface active 11 représente un décalage angulaire d'environ 150 par rapport à un axe 16 représentant une position dite neutre de la nageoire, position parallèle à la direction de propulsion ainsi qu'il va être expliqué plus loin. On notera, figure 2, que, au cours du mouvement de va-et-vient de la surface active avant 11, et à cause de ce mouvement, la surface active arrière 12 subit une réaction qui l'amène à se déformer, dans sa portion souple notamment par pivotement des portions 12a, 12b autour de l'axe de pivotement 14. En effet, sur la figure 2, il a été représenté la position que prend la surface active arrière 12 lorsque la surface active avant 11 est orientée selon la direction d'amplitude angulaire maximale. La surface active arrière 12 y est donc référencée respectivement en 12' et 12" pour les deux positions angulaires extrême de la surface active avant 11.On note que les portions avant 12a et arrière 12b prennent les positions respectivement référencées en 12'a, 12'b, 12'c, 12"a, 12"b, 12"c, dans lesquelles les portions avant 12a sont sensiblement dans le prolongement de la surface active avant 11 tandis que la portion arrière 12b présente, du fait de la résistance de l'eau, une orientation décalée par rapport à la portion 12a. On observe également que, du fait de la flexibilité du prolongement de la surface active arrière 12, une portion terminale 12c appartenant à la portion arrière 12b prend quant à elle une orientation parallèle à la surface active 11. I1 en résulte une ondulation de l'ensemble de la nageoire 10, figure 2. On va maintenant décrire un mode de réalisation de moyens moteur adaptés à imprimer à la surface active avant 11 un mouvement rotatif de va-et-vient autour de l'axe de pivotement 13, mouvement d'amplitude angulaire prédéterminé - 150 - dans le cas du mode de réalisaton illustré aux figures. Ces moyens comportent un arbre 20 coaxial à l'axe de pivotement 13, la surface active 11 étant montée à pivotement sur cet arbre 20. D'une façon générale, dans une famille de mode de réalisation, dont un exemple est illustré sur les figures, les moyens moteur comportent des moyens adaptés à déplacer ledit arbre 20 dans une direction sensiblement transversale à la direction de propulsion illustrée par les flèches 21 sur les figures 3 et 4. Dans le mode de réalisation particulier illustré sur les figures, lesdits moyens de déplacement sont adaptés à agir sur l'arbre 20 selon un arc de cercle centré sur l'engin 30 propulsé au moyen du mécanisme de propulsion décrit ici. Plus précisément, ces moyens de déplacement comportent, notamment, un segment 22, figures 1, 3 et 4, ce segment, appelé aussi segment moteur étant articulé en 23 sur l'engin 30 et articulé, au voisinage de son extrémité arrière 24, sur l'arbre 20. Les moyens moteur comportent des moyens adaptés à imprimer audit segment un mouvement de balancier autour d'un axe parallèle à l'arbre 20 et passant par le point d'articulation 23 du segment sur l'engin. Ces moyens sont illustrés de façon schématique sur les figures 3 et 4 et symbolisés par un vérin 25 associé à chacun des segments 22. Les vérins 25 peuvent être accouplés, avantageusement, à un moteur hydraulique non représenté. On notera, figure 1, qu'un moyen élastique de rappel de la surface active avant 11 dans une position neutre parallèle à la direction de propulsion (axe 16) est prévu. Selon la forme de réalisation illustrée, ce moyen consiste en un ressort de torsion 15 monté autour de l'arbre 20 et fixé'd'une part, à l'extrémité arrière 24 du segment 22 et, d'autre part, sur la surface active avant 11. Un dispositif de limitation de la course angulaire de la surface active avant peut être associé au ressort 15 (non représenté sur les figures). En fonctionnement, la tige du vérin 25 est animée d'un mouvement de va-et-vient et entraîne de ce fait le segment 22 dans un mouvement de balancier autour du point d'articulation 23. L'arbre 20 se trouve alors déplacé selon un arc de cercle centré en 23. Du fait que la portion de surface de la surface active 11 en avant de l'arbre 20 est de taille plus petite que l'ensemble de la surface de la nageoire disposée en arrière de l'arbre 20, les nageoires 10 prennent, au cours du mouvement de va-et-vient du segment moteur 22, une position telle qu'illustrée sur les figures 3 et 4, position dans laquelle la portion de surface en arrière de l'arbre 20 se trouve sensiblement en retrait, dans le sens transversal, par rapport à la position de l'arbre 20 lorsque celui-ci est déplacé dans le sens des flèches 30 ou 31. Les surfaces actives arrières 12 prennent, avec leur prolongement flexible, une position telle qu'illustre sur les figures et explicité à propos de la figure 2. A chaque mouvement de balaiement, un volume d'eau important situé du côté de la nageoire 10 repoussant l'eau, à l'opposé des flèches 30 ou 31 sur les figures 3 et 4, est repoussé ou entraîné, comme schématisé par les flèches 40-41 provoquant de ce fait le déplacement de l'embarcation ou engin 30 (sens des flèches 21). Avantageusement le ressort de torsion 15 tend à rappeler la surface active avant dans une position neutre, selon l'axe 16, ce qui améliore l'efficacité du système. Selon une variante de réalisation particulièrement avantageuse illustrée en figures 3, 4, le mécanisme comporte une paire de nageoires fonctionnant en opposition de phase. Du fait de l'opposition de phase telle qu'illustrée en figures 3, 4, un volume d'eau particulièrement important est repoussé vers l'arrière lorsque, comme illustré en figure 3, les nageoires reviennent l'une vers l'autre dans le sens des flèches 30. Le demandeur a pu constater que dans un tel cas le volume d'eau repoussé vers l'arrière et la force propulsive en résultant étaient supérieurs au volume d'eau et à la force développée par deux nageoires séparées. Dans le cas d'une opposition de phase parfaite tel qu'illustré en figures 3 et 4, l'engin 30 est propulsé en ligne droite. Pour obtenir une propulsion selon une ligne courbe, il suffit, selon une autre caractéristique de l'invention, de faire varier la fréquence du mouvement de va-et-vient d'une nageoire par rapport à l'autre. Avantageusement, le mécanisme comporte à cet effet des moyens différentiels adaptés à obtenir à volonté, dans la paire de nageoires, une variation relative de la fréquence du mouvement de va-et-vient de la surface active avant 11 des nageoires 10. Bien entendu, la présente invention ne se limite nullement aux modes de réalisation décrits et représentés mais englobe toutes sortes de variantes. En particulier, l'homme de l'art appréciera le fait qu'il est possible d'obtenir un mouvement de va-et-vient angulaire de la surface active avant par des moyens autres que le segment 22 et l'arbre 20 sur lequel la surface active avant 11 est montée à pivotement. REVENDICATIONS 1. Mécanisme de propulsion pour engin aquatique, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une nageoire allongée (10) comportant au moins deux surfaces actives : une première dite avant (11), montée pivotante autour d'un axe (13) appartenant à cette surface et perpendiculaire à l'orientation générale de la nageoire ; une seconde, dite arrière (12), montée à l'arrière de la surface active avant, cette seconde surface étant articulée autour d'un axe (14) parallèle audit axe de pivotement (13) de la surface active avant ou se confondant avec lui; et des moyens moteur (22, 25) adaptés à imprimer à la surface active avant (11) un mouvement rotatif de va-et-vient autour dudit axe de pivotement, d'amplitude angulaire prédéterminée. 2. Mécanisme selon la revendication 1, ccaractérisé en ce que la surface active avant (11) est montée pivotante autour d'un arbre (20) coaxial avec ledit axe de pivotement (13) et en ce que lesdits moyens moteur (22, 25) comportent des moyens (22) adaptés à déplacer ledit arbre parallèlement à lui-même, dans une direction sensiblement transversale à la direction de propulsion. 3. Mécanisme selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de déplacement (22) sont adaptés à déplacer l'arbre selon un arc de cercle centré (23) sur l'engin aquatique. 4. Mécanisme selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de déplacement comportent un segment (22) moteur articulé sur l'engin et articulé à son extrémité arrière (24) sur ledit arbre (20), et des moyens (25) adaptés à imprimer audit segment un mouvement de balancier autour d'un axe parallèle audit arbre et passant par le point d'articulation (23) du segment sur l'engin. 5. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen élastique de rappel (15) de la surface active avant de la nageoire dans une position neutre (16) parallèle à la direction de propulsion. 6. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de limitation de la course angulaire de la surface avant de la nageoire autour de l'art et part et d'autre d'un axe parallèle à la direction de propulsion. écanisme selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qutil comporte au moins un ressort de torsion (15) associé audit arbre r2C) adapté à rappeler la surface active avant (11) de la nageoire (10) dans une position neutre parallèle à la direction de propulsion. 8. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la surface active arrière (12) est prolongée par une portion flexible. 9. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une paire de nageoires fonctionnant en opposition de phase, en sorte que l'engin est propulsé en ligne droite. 10. Mécanisme selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens différentiels adaptés à obtenir, pour chaque paire de nageoires, une variation relative de la fréquence du mouvement de va-et-vient de la surface active avant des nageoires, en sorte que l'engin est propulsé selon une ligne courbe. 11. Engin aquatique, caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme de propulsion conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 10.