Brevet FR2706412A1 — publié le 19941223

La présente invention concerne les systèmes de propulsion à hélice de bateau et plus particulièrement les bateaux à propulsion musculaire. Les systèmes de propulsion actuels sont de trois types: Arbre d'hélice à sortie horizontale: L 'hélice présente 1 'avantage de travailler dans un écoulement parallèle son axe. La forme de la coque doit être étudiée pour permettre ce montage, sinon un arbre long est nécessaire. Dans ce cas, 1 'hélice doit être portée par un palier placé au pied de 1 'hélice, dit "chaise d'hélice". Ceci génère beaucoup de trainée. Une étanchéité est necessaire au niveau de la sortie de 1 'arbre à travers la coque. L'échouage nécessite une quille qui protège 1 'hélice. Arbre d'hélice incliné: Ce système est une variante du système précédent. L'inclinaison de 1 'hélice permet d'accepter des formes de carène plus effilées et un aménagement moteur plus facile. L'état actuel de la technique impose une chaise d'hélice. Certains arbres sont extérieurs à la coque et traversent la surface d'eau, évitant un joint d'étanchéité. Ces arbres peuvent être articulés pour s'escamoter afin d'assurer 1 'échouage. Ce dispositif est généralement assez complexe et générateur d'une trainée assez importante car immergé. Les bateaux thaïlandais comportent une solution pour supprimer les chaise d'hélice et assurer 1 'escamotage. L'arbre d'hélice est entièrement glissé dans un tube qui comporte un palier au pied de 1 'hélice. Cette solution évite un système d'escamotage immergé et fait le gain de la traînée de la chaise d'hélice. Cependant, ce gain de traînée est perdu par le tube de diamètre supérieur à 1 'arbre. Dans tous les cas, 1 'inclinaison de 1 'arbre d'hélice réduit le rendement de celle-ci gui travaille dans un écoulement non parallèle à son axe. La pale descendante travaille à une incidence différente de la pale montante. Ceci génère également de fortes vibrations cycliques d'effort. Le palier placé au pied de 1 'hélice est sensé aujourd'hui supporter ces vibrations. Système à double renvois d'angle de type Z-DRIVE ou système à moteur hors bord: Ce système présente 1 'avantage de sortir 1 'arbre d'hélice parallèle à l 'écoulement avec donc un bon rendement, sans se soucier de la sortie de la carène. a Il est utilisé pour orienter 1 'hélice, et ainsi 1 'utiliser comme un contrôle de direction. La complexité est cependant importante. Un renvoi d'angle est immergé et nécessite des dispositifs d'étanchéité élaborés avec des protections importantes contre la corrosion. Une partie du gain du rendement d'hélice est perdu par le rendement du renvoi d'angle inférieur et par son encombrement immergé qui nécessite un carénage L'INVTENTION propose un nouveau type de transmission d'hélice à arbre incliné caractérisé par un palier de sortie placé à une distance importante de 1 'hélice L 'hélice étant en porte-à-faux au bout d'un arbre dont le rapport longueur sur diamètre est supérieur à 40. Cette longueur de porte-à-faux et la section de 1 'arbre sont telles que celui-ci est souple en flexion et en torsion. L'arbre se déformant au cours d'un tour, Il génère un déplacement vertical de 1 'hélice qui compense les variations cycliques d'effort des pales liées à l'inclinaison de l 'axe. Le rendement d'hélice s'en trouve très augmenté, les vibrations deviennent très faibles.La flexion de l 'arbre rapproche également 1 'axe d'hélice de la direction de l 'écoulement. La faible section de l 'arbre permet une trainée plus faible de celui-ci. L 'arbre ne peut flamber malgré sa section et sa longueur car il tourne et glisse dans un fluide à densité élevée, 1 'eau, qui assure un soutien hydrodynamique de celui-ci sur toute sa longueur et empêche son instabilité. La souplesse de 1 'arbre protège également 1 'hélice en cas de choc. La flexion de l'arbre efface 1 'hélice de l 'obstacle. La souplesse en torsion limite l'augmentation brutale du couple de blocage et donc 1 'intensité du choc. Le palier de sortie peut-être hors de 1 'eau ou faiblement immergé, ce qui annule la trainée parasite qui était produite par les chaises d'hélice. Aucun mécanisme n'étant immergé, une simple étanchéité contre les embruns est plus simple. Une caractéristique particulièrement avantageuse de 1 'invention est de pouvoir rendre cette transmission escamotable sans augmenter la traînée Pour ceci, le palier de sortie d'arbre peut être monté coulissant et relevable par un bras de commande ou de soutien. Ce bras peut être verrouillable et débrayable automatiquement en cas de choc violent de l 'hélice tel que décrit plus loin. Aucune trainée supplémentaire n'est produite Dans le cadre d'un montage sur hydrocycle, une autre caractéristique particulièrement avantageuse est 1 'utilisation d'un arbre transversal qui vient donner le mouvement à 1 'arbre dhélice au moyen d'un renvoi d'angle. Cet arbre transversal reprend le mouvement de deux pédaliers placés à chacune de ses extrémités à travers deux ensembles Plateau-chaine-pignon. Cette caractéristique présente l 'avantage de pouvoir porter directement le renvoi d'angle sans autre support que 1 'arbre lui-même et assure aussi le relevage de 1 'hélice pour son escamotage. Cet arbre transversal peut également comporter des cardans à ses extrémités pour compenser des défauts d'alignement et autoriser des structures souples de 1 'embarcation. Les caractéristiques données ci-dessus dans leurs formes les plus élémentaires apparaitrons plus clairement à la lecture qui suit, donnant à titre non limitatif et en regard des dessins annexés, un mode de réalisation d'une transmission d'un bateau à propulsion musculaire respectant les concepts fondamentaux de 1 'invention. La figure 1 est un schéma de principe montrant le système total de la transmission adaptée à un navire à propulsion musculaire. La figure 2 est un schéma représentant uniquement le système de verrouillage. Il montre le principe des deux positions stables abaissée et relevée. La figure 3 est un plan montrant un bateau musculaire utilisant tous les concepts fondamentaux énoncés ci-dessus. Tel qu'illustré sur la figure 1, le système de transmission selon l 'invention comporte une hélice multipale 1 montée sur un arbre d'hélice très long 2 incliné. Cet arbre est porté du coté de 1 'hélice par un palier 11 caractérisé par le fait qu 'il est hors de 1 'eau, ou juste à la surface. Ceci permet 1 'annulation complète de la traînée créée par ce palier. L 'arbre d'hélice 2 est caractérisé par le fait que la longueur en porte à faux L entre 1 'hélice 1 et le palier hl divisée par son diamètre ou la plus grande largeur de sa section est supérieure à 40. Cette caractéristique est telle que 1 'arbre est souple en torsion et en flexion, compensant les variations cycliques d'efforts liées à son inclinaison, améliorant ainsi le rendement. La faible section de 1 'arbre d'hélice 2 atténue énormement sa trainée. La souplesse de 1 rarbre d'hélice 2 protège également l 'hélice en cas de choc La puissance motrice est fournie par deux pedaleurs 20 placés cote à cote. Cette puissance est transmise à deux ensembles mécaniques chacuns formés d'un pédalier 10 entrainant un plateau denté 9, une chaine 8 et un pignon 7 tournant dans un palier 6 Chaque ensemble mécanique vient transmettre son mouvement aux deux extrémités d'un arbre transversal 4 à travers deux cardans 5 qui autorisent ainsi des défauts d'alignement liés à des imprécisions de montage ou à la souplesse de la structure du bateau. Cet arbre transversal 4 vient transmettre son mouvement à l'arbre d'hélice 2 par 1 'intermédiaire d'un renvoi d'angle 3 Ce montage présente 1 'avantage de porter le renvoi d'angle 3 sans autre support que 1 'arbre transversal 4 lui-même. L'arbre 2 peut ainsi pivoter autour de l'axe de 1 'arbre transversal 4, ce qui permet son relevage. L'escamotage et le maintien de 1 'arbre d'hélice 2 est assuré par un bras de commande et de maintien 12 par une de ses extrémités coudées, le palier 11 à travers une articulation 16. Le palier 11 peut glisser sur l'arbre d'hélice 2. Le bras de commande et de maintien 12 peut ainsi tourner dans les paliers 15, ce qui permet le relevage de 1 'arbre d'hélice 2 par action du pédaleur 20 sur une poignée 21 fixée à 1 'autre extrémité coudée du bras de commande et de soutien 12. Le verrouillage est assuré par un cable élastique 14 qui est accroché sur le bras de commande 12 au niveau de 1 'articulation 16. Il est tendu vers le haut, puis renvoyé transversalement en tournant d'un quart de tour autour d'une barre de renvoi 17 placé longitudinalement. La cable élastique 14 vient ensuite s'accrocher à la structure du navire. Les positions de la barre de renvoi 17 et du cable élastique 14 sont telles que la bras de commande et de soutien 12 présentent deux positions d'équilibre stable comme illustré dans la figure 2: 1: Arbre d'hélice 2 abaissé: Dans ce cas, la tension du cable élastique 14 est en avant des paliers 15, ce qui exerce un couple qui maintient le bras de commande 12 sur une butée avant 19, fixant le palier 11 dans la position abaissée. 2: Arbre d'hélice 2 relevé: Dans ce cas, la tension du cable élastique 14 est en arrière des paliers 15, ce qui exerce un couple de rappel qui maintient le bras de commande et de soutien 12 contre la butée 22, fixant le palier i1 dans une position relevée. Ce dispositif passe d'une position stable à 1 'autre grâce à 1 'effort exercé par le pédaleur 20 sur la poignée 21 pour faire tourner le bras de commande 12. Pendant ce mouvement, le cable élastique 14 glisse le long de la barre de renvoi 17 En cas de choc violent de 1 'hélice en position abaissée, 1 'effort F dû au choc génère un couple opposé et supérieur à celui du cable élastique 14 du fait d'un angle ALPHA inférieur à 90 . Cet angle ALPHA est formé entre 1 'arbre d'hélice 2 et un plan passant par 1 'articulation 16 et 1 'axe des paliers 15. Le bras de commande 12 se met donc à tourner. Le cable élastique 14 relève ensuite automatiquement l'arbre l'hélice 2. Ce système, décrit et représenté, n'est qu'une variante de réalisation de 1 'invention Tous ces concepts peuvent être utilisés dans tout navire motorisé. Divers aménagements modifications et améliorations pourront être apportés à 1 'exemple ci-dessus sans pour autant sortir du cadre de l 'invention prise dans ses aspects et son esprit les plus larges. REVENDICATIONS: 1) Système d'arbre d'hélice du type de celui comportant: Un arbre d'hélice 2 supportant une hélice 1 caractérisée par le fait que la longueur de 1 'arbre en porte à faux L prise entre le palier de sortie 11 et 1 'hélice 1 divisé par le diamètre ou la largeur maxi de la section de cet arbre est supérieur à 40 2) Transmission selon la revendication 1 caractérisée par le fait que le palier zo de sortie ll est placé au dessus ou à la surface de 1 'eau. 3) Système de transmission selon la revendication 1 ou 2 caractérisé par le fait que 1 'arbre d'hélice 2 est porté à l'extrémité opposée de 1 'hélice 1 par un axe transversal 4 grâce à 1 'intermédiaire d'un renvoi d'angle Z5 33 4) Système de transmission selon la revendication 3 caractérisée par la presence de cardans 5 aux deux extrémités de 1 'arbre transversal 4. 5) Système de transmission selon 1 'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par un dispositif de relevage formé d'un bras de commande et de soutien 12, tournant autour des paliers 15. Il est coudé aux deux extrémités, d'un coté pour supporter le palier coulissant 11 articulé par un axe 16, et de l'autre pour porter une poignée 21. 6) Système de transmission selon la revendication 5 caractérisé par un angle ALPHA inférieur à 90 . Cet angle est celui formé entre l'arbre d'hélice 2 et un plan passant par 1 'axe de 1 'articulation 16 et les paliers 15 7) Système de transmission selon la revendication 6 caractérisé par un système élastique 14 tendu entre la structure du navire et un point situé sur le bras de commande et de soutien 12 au niveau de 1 'axe d'articulation 16. Il est situé de façon à exercer un couple sur le bras de commande 12 dans le sens de maintenir le bras 12 contre une butée 19 quand le palier 11 est abaissé et d'exercer un couple dans le sens de maintenir le bras de commande 12 contre unie butée 22 quand le palier i1l est relevé 8) Système de transmission selon la revendication 7 caractérisé par une barre de renvoi 17 placée longitudinalement qui permet de renvoyer à 90 le cable élastique 14 en lui faisant faire un quart de tour autour de cette barre de renvoi 17