Brevet FR2593566A1 — publié le 19870731

La présente invention concerne un nouveau type d'engin destiné à se déplacer au sein d'un fluide illimité, tel que l'eau ou l'air, dans des conditions d'efficacité jamais réalisées jusqu'à ce jour. Un tel déplacement s'entend aussi bien horizontalement que verticalement. Ainsi, l'engin selon l'invention peut trouver ses applications en mouvement sous marin horizontal, par exemple pour des transports lourds sur de longues distances, tels que des cargos sous marins civils, ou en mouvement sous marin vertical, par exemple pour l'envoi de capteurs de fonds ou de pénétromètres, ou l'ir,lmersion et l'enfouissage de déchets industriels. De mc il pourra trouver d'autres applications dans la conception de véhicules de transport aérien tels que des dirigeables, ou d'engins à trajet au moins partiellement vertical tels que des fusées ou analogues. Le but recherché pour de tels engins est essentiellement l'obtention de vitesses élevées, très supérieures à celles des engins connus pour les mêmes applications à poids, encombrement et puissance comparables. Au surplus les engins selon l'invention possèdent des qualités supplémentaires telles que la stabilité et la maniabilité et l'absence de bruit. Il est bien connu que, pour tous les engins destinés à se déplacer dans un fluide, la forme avant et la forme arrière sont déterminées par des considérations technologiques liées à l'application pour laquelle ces engins sont conçus; ainsi la forme avant est, soit pointue pour des raisons de pénétration,soit arrondie pour abriter des équipements capteurs (antennes, etc...) tandis que la forme arrière est imposée par des considérations de motorisation, de stabilité, et comporte des ailettes, des hélices, des systèmes de deroulage de cables, etc... Par contre, le plus souvent, pour des raisons de simplicité-, la forme avant et la forme arrière sont réunis par une zone cylindrique et cette constitution a pour conséquence de donner naissance à un coefficient de traînée (Cx) élevé de l'ordre de 15 à 20 %, à un décollement de la couche limite, entraînant des instabilités, la perte d'action des gouvernes, et à l'existence de phénomènes de cavitation, entrainant une baisse de performances et un bruit élevé. L'invention consiste à substituer à cette portion pratiquement constante tout le long de profil. A cet effet l'invention consiste à déterminer et à suivre comme profil, pour une forme d'avant déterminée, les lignes naturelles de sillage de ladite Forme avant et à les raccorder sur la forme arrière imposée de manière que le coefficient de pression demeure constant en tout pcint du tronçon de raccordement. Dans ce cas, la seule traînée résiduelle est celle résultant des frottements, et qui est irréductible, alors que celle qui résulte de la forme est réduite au minimum, de sorte que cette traînée résiduel'e est la même que celle d'une plaque plane, c'est-à-dire de l'ordre de 8 %. I1 en résulte sur le plan pratique une absence pratiquement totale de tourbil'ons, de phénomènes de cavitation, d'instabilités et de bruit. L'écoulement vers l'arrière étant sain, les gouvernes demeurent efficaces et la vitesse limite se situe à un niveau très élevé pouvant atteindre pour un engin donné 1,5 fois la valeur antérieurement connue pour cet engin. Sur le plan mathématique, le problème consiste à résoudre le problème suivant Etant donné un solide axisymétrique d'axe Ox, dont la forme avantI(AV) et la forme arrière (AR) sont fixées, on cherche la forme () du tronçon central pour que le coefficient de pression c demeure constant en tout point de ce dernier. p Si l'on considère que ce solide est animé d'un mouvement de translation uniforme de vitesse V0 = VOx, ce coefficient de pression s'exprime par la relation VR étant la vitesse relative du fluide sur le solide. Il en résulte que la condition de constance recherchée, qui s'exprime par Cpl cte est équivalente à (2) VR(y 1 V1 , V1 = cte Le problème se ramène donc alors à l'ensemble d'équations suivantes # # = 0 , dans le fluide supposé illimité dans toutes les directions;; V= grad , V étant la vitesse absolue # VR = V-VOx , V R étant la vitesse relative VR.n = 0 , sur les frontières connues V R = V1 sur la frontiere ( & à déterminer. VR .n = 0 La résolution de ce système d'équations permet de concrétiser le moyen selon l'invention. L'algorithme de calcul ainsi que le programme informatique qui lui est associé pour effectuer cette résolution ne font pas partie de l'invention. Les deux exemples ci-après illustrent la mise en oeuvre de l'invention dans deux cas sensiblement différents l'un de l'autre. Exemple 1 Cet exemple illustre le cas d'un engin amphidrome à extrémités identiques. Das ce cas, le solide a la forme représentée à la figure 1, et se compose de deux cônes identiques ouverts à 60 réunis par une forme méridienne &gamma;. Pour une longueur de 3,6 m et un diamètre de 0,36 m et une masse de 2t, la vitesse limite est de 62 m/s avec la répartition indiquée par les flèches des pressions hydrodynamiques c'est-à-dire pratiquement égales sur toute la zone de raccordement ; dans ce cas on a V1 / V nJ 1,01, et par suite (Cp)min = -0,02 , ce qui assure pratiquement l'absence de p cavitation, jusqu'à une vitesse de l'engin de l'ordre de plus de 100 m/s. Les essais réalisés en bassin sur une maquette à l'échelle 1/3 ont conduit à l'obtention des valeurs de Cx suivantes Ces valeurs sont sensiblement égales à 1,14 fois la trainée de frottement estimée par la formule de SCHOENHERR. L'extrapolation à l'engin précité des résultats d'essais au réel selon les techniques de similitude habituellement utilisées81e = 1,4 . 108) conduit à : Cx = 0,08 , pour un régime de fonctionnement "hydrauliquement lisse". En multipliant cette valeur par 1,25 pour tenir compte des effets de rugosité de parois, on obtient finalement : Cx = 0,10 , soit une valeur sensiblement inférieure de 40 % à celle qui correspond à la plupart des engins actuellement utilisés. Un tel engin atteint une vitesse limite de 62 m/sec à une profondeur de 800 m, alors que les engins comparables actuels ont une vitesse limite de 50 m/sec seulement. Exemple 2 Cet exemple illustre le cas d'un engin à forme avant arrondie, préfigurant les engins aériens à tête plate, ayant l'avantage de ne pas ricocher au larguage, et dans laquelle peuvent être logés des instruments de mesure. Dans ce cas, le solide a la forme représentée à la figure 2, l'avant étant situé à droite, et ayant comme profil YAV une conique, tandis que l'arrière, situé à gauche, est effilé suivant un profil dit de traînée minimale. Comme dans le cas précédent les pressions hydrodynamiques sont réparties comme l'indiquent les flèches, également de manière pratiquement constante sur toute la zone de raccordement. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ces deux exemples, ni aux applications particulières énumérées précédemment pour ces engins. REVENDICATIONS. 1. Engin destiné à se déplacer au sein d'un fluide illimité, du type dont les formes avant et arrière sont fixées par des considérations technologiques connues caractérisé en ce que, dans le but d'en abaisser le coefficient de traînée, d'éviter le décollement de la couche limite et de supprimer les phénomènes de cavitation et dW í nstabilités, le profil de la portion raccordant lavant et l'arrière est déterminé de manière telle que le coefficient de pression demeure constant en tout point de cette portion de raccordement 2.Engin selon la revendication 12 caractérisé en ce que pour atteinre ce coefficient constant on suit comme profil les lignes naturelles de sillage de la forme avant et on les raccorde sur la portion arrière. 3. Application de l'engin selon les revendications 1 et 2 à la réalisation de transports horizontauz aériens ou sous-marins, notamment aux dirigeables aeriens et aux cargos sous-marins 4. Application de l'engin selon les revendications 1 et 2 à la réalisation de projectiles aériens ou sous-marins à déplacement vertical. 5. Application de l'engin selon les revendications 1 et 2 à la reconnaissance des fonds sous-marins, notamment de leur nature et de leur résistance à la pénétration. 6. Application de l'engin selon les revendications 1 et 2 à l'entraînement vers les fonds sous marins des déchets industriels en vue de leur enfouissage.