Brevet FR2705943A1 — publié le 19941209

La présente invention concerne les dispositifs de propulsion de bateau, du type à hélice de surface. L'invention concerne, plus particulièrement, un dispositif de propulsion et de gouvernail de bateau du type à hélice de surface, comportant: un moteur situé à l'intérieur du bateau et comprenant un arbre de sortie; une hélice; un arbre d'hélice portant ladite hélice à une extrémité et étant relié par son autre extrémité audit arbre de sortie du moteur; un support d'arbre d'hélice faisant saillie à l'extérieur et à l'arrière du bateau et supportant à rotation ledit arbre d'hélice, ce support étant monté sur le bateau de manière à être mobile horizontalement et verticalement; et des moyens de commande reliés audit support d'arbre à hélice par des moyens de transmission, ces moyens de commande comprenant un organe moteur de commande verticale et un organe moteur de commande transversale pour déplacer ledit support d'arbre d'hélice, respectivement, verticalement et horizontalement. Le procédé classique de propulsion par hélice immergée a pour inconvénient de présenter, à grande vitesse, un rendement plus faible, dû essentiellement aux phénomènes de cavitation. Depuis quelques années, afin de pallier les inconvénients de la propulsion par hélice immergée, est apparu un nouveau mode de propulsion: la propulsion par hélice de surface. Cette propulsion ne révèle ses véritables qualités que lorsque l'on peut déplacer l'hélice horizontalement et verticalement pour l'adapter en toutes circonstances aux conditions d'utilisation imposées. Dans un dispositif de propulsion connu du type sus- mentionné, l'actionnement du support d'arbre d'hélice dans les sens vertical et transversal est obtenu par des vérins situés à l'extérieur de la coque du bateau. Il en résulte que ces vérins sont, en permanence, exposés à l'eau de mer ainsi qu'à tous les matériaux et organismes qu'elle contient. Ceci a pour conséquence une diminution de la fiabilité et de la durée de vie de ces vérins. En outre, en cas de panne des vérins, il est difficile d'atteindre manuellement le support d'arbre d'hélice à partir de l'intérieur du bateau, pour effectuer une conduite manuelle du bateau. L'invention a pour but de proposer un dispositif de propulsion du type susmentionné qui soit conçu de manière à remédier à ces inconvénients. Ce but est atteint, conformément à l'invention, du fait que les organes moteurs servant à déplacer le support d'arbre d'hélice, selon ses deux dimensions de mobilité, sont placés à l'intérieur du bateau. Grâce à cette caractéristique, les organes moteurs sont protégés des attaques de l'eau de mer et des corps qu'elle contient. De plus les organes moteurs étant ramenés vers le centre du bateau, on évite un déport du centre de gravité du bateau vers l'arrière, déport qui augmenterait l'instabilité du bateau. En outre, grâce au positionnement des organes moteurs à l'intérieur du bateau, leur maintenance est rendue plus aisée et, en cas de défaillance des systèmes d'aide à la conduite, tels que systèmes d'asservissement, le gouvernail du bateau reste manoeuvrable de l'intérieur manuellement, sans autre source d'énergie que celle fournie par l'homme. Avantageusement, l'organe moteur de commande verticale comprend un vérin, de préférence, hydraulique, dénommé ci- après vérin de commande verticale, dont le carter est articulé sur le bateau, de préférence par une articulation à rotule, et les moyens par lesquels les mouvements de ce vérin sont transmis au support d'arbre d'hélice comprennent une tige solidaire du piston dudit vérin et coaxiale à ce dernier, qui traverse la coque du bateau, fait saillie à l'extérieur et à l'arrière du bateau, et est articulée par son extrémité libre sur le support d'arbre d'hélice. Avantageusement, l'organe moteur de commande transversale comprend un deuxième vérin, de préférence hydraulique, dénommé ci-après vérin de commande transversale, dont un premier élément, de préférence le carter, est articulé sur le bateau, de préférence par l'intermédiaire d'une articulation à rotule, et dont le second élément: la tige de piston, est articulé par son extrémité libre sur l'un des éléments, carter ou tige de piston, dudit vérin de commande verticale. Avantageusement, le vérin de commande verticale comporte une seconde tige solidaire du piston dudit vérin, coaxiale à ce dernier, et située dans le prolongement et à l'opposé de la première tige par rapport au piston, et la tige de piston dudit vérin de commande horizontale est articulée sur ladite seconde tige du vérin de commande verticale. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif de propulsion selon l'invention comporte, de façon connue en soi, deux unités de propulsion juxtaposées d'axes parallèles, comprenant chacune une hélice, un arbre d'hélice et un support d'arbre d'hélice qui est articulé sur le bateau, par l'une de ses extrémités, par une articulation à rotule, les deux supports d'arbre d'hélice étant reliés entre eux par une bielle articulée sur chacun desdits supports par une articulation d'axe orthogonal à l'arbre d'hélice correspondant. Selon le mode de réalisation préféré, chaque unité de propulsion est munie d'un vérin de commande verticale propre, et une seconde bielle parallèle à ladite première bielle relie entre eux lesdits vérins de commande verticale par l'un de leurs éléments, carter ou tige de piston, cette bielle étant articulée sur chacun de ces éléments. Ainsi, le dispositif de propulsion et de gouvernail selon l'invention permet, grâce aux mouvements imprimés au support d'arbre d'hélice par l'ensemble directionnel comprenant les vérins de commande verticale et transversale et leur système d'asservissement, de faire varier la position de l'hélice dans l'espace, sur les plans vertical et horizontal, afin d'obtenir, indépendamment ou simultanément, les positions requises de l'hélice, afin que la poussée obtenue provoque par ses effets sur la coque les mouvements de giration et de manoeuvre du bateau sans surcharge du ou des moteurs d'entraînement. En outre, dans ce dispositif, il n'y a au contact de l'eau de mer que des pièces mécaniques. Toute l'hydraulique d'asservissement (c'est-à- dire les vérins et les organes de commande hydrauliques associés) est accessible de l'intérieur du bateau, facilitant ainsi la maintenance et la surveillance du système en fonctionnement. En agissant simultanément sur les vérins de commande verticale et transversale, on permet à l'hélice de décrire un mouvement propre à obtenir les effets directionnels et30 la charge des moteurs souhaités par l'utilisateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés dont: - la figure 1 est une vue schématique partielle en élévation et en coupe verticale à partir du plan I-I de la figure 2, d'un dispositif de propulsion et de gouvernail selon un mode de réalisation de l'invention; et - la figure 2 est une vue schématique partielle en plan du dispositif de la figure 1. - la figure 3 est une vue schématique en perspective du dispositif. - la figure 4 est une vue schématique en élévation d'un dispositif selon une autre réalisation de l'invention. - la figure 5 est une vue schématique du circuit hydraulique de commande du dispositif selon l'invention. Comme on peut le voir sur la figure 1, le dispositif de propulsion et de gouvernail représenté comprend un support d'arbre d'hélice 1 faisant saillie à l'extérieur et à l'arrière d'un bateau 2. Le support 1 forme des paliers la, lb dans lesquels tourillonne un arbre d'hélice 3 sur lequel est clavetée une hélice 4. Le support 1 comporte, à son extrémité opposée à l'hélice 4, une sphère creuse 5 abritant une articulation de Cardan 6 reliant l'arbre d'hélice 3 à un arbre de sortie 7 d'un moteur 8 disposé à l'intérieur du bateau 2. La sphère creuse 5 est montée rotative dans un évidement sphérique de diamètre correspondant 9 ménagé dans une pièce 10 fixée sur la paroi arrière 11 du bateau. Les éléments 5, 9 et 10 forment ainsi une articulation à rotule par laquelle le support 1 est monté sur le bateau 2, de manière à pouvoir être pivoté dans tous les sens autour du centre G de ladite rotule, centre qui est également celui de l'articulation de Cardan 6. Un soufflet en élastomère non représenté relie de façon étanche la pièce 10 au support 1 afin de protéger des éléments marins les surfaces en contact 5 et 9 de la rotule. Le support 1 porte, à son extrémité adjacente à l'hélice 4, un gouvernail 12. Pour commander le pivotement du support 1 dans le plan vertical, il est prévu un vérin hydraulique à double effet 13, dit vérin de commande verticale, disposé à l'intérieur 14 du bateau 2. Le vérin comprend un carter 13a dont une extrémité 15 de forme sphérique traverse la paroi arrière 11 du bateau et est logée à pivotement libre autour de son centre I dans une cavité sphérique de diamètre correspondant 16 ménagée dans une pièce 17 fixée du côté extérieur sur la paroi arrière 11 du bateau, et au-dessus et à la verticale de la pièce 10. Les éléments 15 à 17 constituent une articulation à rotule reliant le carter 13a à la paroi 11 du bateau. Le vérin 13 comporte un piston 18 sur lequel est fixée une première tige 19 située du côté gauche sur la figure 1. La tige 19 est reliée par son extrémité libre au support 1 par une articulation 20 qui, dans l'exemple représenté, est une articulation d'axe horizontal E, perpendiculaire à la tige 19 et à l'arbre d'hélice 3. Un soufflet en élastomère, non représenté, relie, de façon étanche, la pièce 17 à la tige 19, afin de protéger des éléments marins les surfaces en contact 15, 16 de la rotule. Le vérin 13 comporte une deuxième tige 21 qui est fixée au piston 18 du côté droit sur la figure 1 et qui s'étend dans le prolongement de la tige 19. Comme le montre la figure 2, le dispositif de propulsion et de gouvernail représenté comporte deux unités de propulsion juxtaposées parallèles entre elles, 100 et 101, comportant chacune une hélice 4, un arbre d'hélice 3 et un support d'arbre d'hélice 1, qui n'est représenté que partiellement sur la figure 2. En outre, chaque unité de propulsion 100, 101, est munie d'un vérin de commande verticale 13 propre. Pour commander le pivotement du support 1 de chaque unité 100, 101, dans le sens transversal à l'arbre 3, il est prévu un deuxième vérin hydraulique à double effet 22, dit vérin de commande transversale, disposé à l'intérieur 14 du bateau 2. Chaque vérin de commande transversale 22 comporte un carter 22a articulé à l'une de ses extrémité, sur le bateau 2 par une articulation à rotule 23. Chaque vérin 22 comporte, du côté opposé à la rotule 23, une tige de piston 22b qui est articulée, par son extrémité libre, sur la deuxième tige 21 du vérin de commande verticale 13 correspondant, par une articulation à rotule, respectivement 102 et 103. Comme représenté sur la figure 2, chaque support 1 est articulé sur le bateau 2, à son extrémité opposée à l'hélice 4, par une articulation à rotule 5, 9 et 10 de centres respectivement G, H. Les deux supports d'arbre d'hélice 1 sont reliés entre eux par une bielle 24 articulée sur chacun desdits supports par une articulation qui, dans l'exemple représenté, est une articulation d'axe, respectivement, B et C, orthogonal à la bielle 24 et à l'arbre d'hélice 3 correspondant. Une seconde bielle 26, parallèle à la bielle 24, relie entre eux les vérins de commande verticale 13 par leur deuxième tige 21. La bielle 26 est articulée sur chacune de ces tiges 21 par une articulation d'axe, respectivement, A et D, perpendiculaire à la bielle 26 et à la tige 21 adjacente. Ainsi les bielles 24 et 26 constituent, avec les supports 1 et les vérins de commande verticale 13, un parallélogramme articulé ABCD (voir figure 2). Ainsi, à l'aide du dispositif qui vient d'être décrit, on immerge plus ou moins le gouvernail 12 en faisant tourner le support 1 correspondant autour du point G en faisant varier l'angle formé par le "compas" GEA (pour le dispositif de propulsion 100, figure 1) ou DFH (pour le dispositif de propulsion 101, voir figure 2). Ce mouvement est réalisé au moyen du vérin 13 dont les tiges 19 et 21 forment ensemble une branche de ce compas, qui peut à la fois se déplacer en translation axiale et tourner autour d'un point I (ou F) dont la position est variable sur la longueur de ladite branche 19, 21. En outre, si l'on réalise les articulations A, B, C, D sous forme de rotules, ou autre liaison à trois degrés de liberté, on conçoit qu'on peut manoeuvrer un seul des vérins 13, de façon à déformer le parallélogramme ABCD. Ceci permet d'avoir des immersions d'hélices différentes. Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention la sphère 5, dans la pièce 10, peut être disposée partiellement, ou totalement, à l'intérieur du bateau, le centre G de la rotule étant donc disposé dans le bateau. Il en résulte des possibilités d'entretien et de réparation encore plus faciles. On se réfère maintenant à la figure 5. Un dispositif hydraulique de commande qui peut être avantageusement utilisé dans le cadre de l'invention, se présente dans un boîtier ou carter modulaire 105 qui peut être posé d'un seul bloc dans le bateau. De façon avantageuse ce carter peut présenter un tableau de pilotage muni de boutons de commande, manettes, indicateurs ou autres éléments usuels, non représentes. Dans ce carter on prévoit un ensemble de canalisations, d'électrovannes, de vannes distributrices et autres éléments classiques de circuits hydrauliques. De façon avantageuse le bateau peut comporter deux pompes hydrauliques indépendantes, susceptibles d'être mises en route indépendamment l'une de l'autre, 30, 31 pour aspirer l'huile ou liquide hydraulique dans un réservoir 32 dans lequel retourne le liquide par la canalisation de mise à la bâche 33. Par un jeu de canalisations permettant également le fonctionnement même si une seule des pompes 30 et 31 est actionnée, l'huile sous pression débitée par les pompes est adressée, par des canalisations respectives, 35, 36, à deux électrovannes de pilotage en direction 37, 38. Ces électrovannes sont destinées à alimenter les vérins à double effet de pilotage en direction 22 soit simultanément pour un déplacement vers la gauche, soit simultanément pour un déplacement vers la droite. On voit que l'une des sorties de chaque électrovanne 37, 38 est reliée, par l'intermédiaire de vannes distributrices de By-pass 39, 40 à la chambre de gauche des cylindres 22, tandis que l'autre sortie des électrovannes est reliée, par des vannes distributrices analogues 41, 42 à la chambre de droite de chacun des cylindres 22. Bien entendu le circuit est agencé de façon que le volume d'huile parvenant dans l'une des chambres soit compensé par le volume d'huile sortant de l'autre chambre. L'électrovanne 37 permet donc un pilotage vers la gauche et l'électrovanne 38 le pilotage vers la droite. On comprend, par ailleurs, que grâce à la présence des quatres vannes 39 à 42, il est possible, dans le cas o l'un des vérins 22 est défectueux, de complètement court- circuiter ce vérin et de travailler uniquement avec le deuxième vérin restant. Ceci donne donc un grand degré de sécurité au dispositif. Le système de pompe 30 et 31 alimente également, par des canalisations 43, 44, deux électrovannes 45, 46 permettant d'alimenter séparément les deux vérins à double effets 13 pour le déplacement des unités 100, 101 dans le plan vertical. La défectuosité de l'un des circuits ou de l'un des vérins 13 n'empêche pas que l'on puisse continuer à manoeuvrer hydrauliquement l'autre vérin 13. Le dispositif ainsi réalisé possède plusieurs niveaux de sécurité. Tout d'abord les moyens de commande sont doublés et chaque circuit peut fonctionner indépendamment de celui qui le double. Par ailleurs, comme on l'a exposé, l'un des vérins 22 peut être mis complètement hors circuit, sans empêcher le pilotage. De plus, en cas de panne électrique dans l'ensemble 105, on peut avantageusement prévoir des moyens de commande mécaniques des électrovannes 37, 38, 45, 46. Enfin, en cas de panne générale du système hydraulique, le liquide dans les vérins peut s'écouler librement vers la bâche et l'on a encore la possibilité de 5 gouverner manuellement le navire, par exemple par simple déplacement manuel, aussi bien vertical que horizontal, de la barre 26. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit et représenté sur les dessins annexés, mais elle s'étend au contraire à toutes les variantes qui sont évidentes pour les hommes du métier. En particulier, le dispositif de propulsion de bateau pourrait ne comporter qu'une unité de propulsion telle que 100 ou 101. tl REVENDICATIONS 1) Dispositif de propulsion et de gouvernail de bateau du type à hélice de surface, comportant: un moteur (8) situé à l'intérieur (14) du bateau (2) et comprenant un arbre de sortie (7); une hélice (4); un arbre d'hélice (3) portant ladite hélice à une extrémité et étant relié (6) par son autre extrémité audit arbre de sortie (7) du moteur; un support d'arbre d'hélice (1) faisant saillie à l'extérieur et à l'arrière du bateau (2) et supportant à rotation (la, lb) ledit arbre d'hélice (3), ce support étant monté sur le bateau de manière à être mobile horizontalement et verticalement; et des moyens de commande reliés audit support d'arbre à hélice (1) par des moyens de transmission, lesdits moyens de commande comprenant un organe moteur de commande verticale (13) et un organe moteur de commande transversale (22) pour déplacer ledit support d'arbre d'hélice (1), respectivement, verticalement et horizontalement, caractérisé en ce que lesdits organes moteurs (13, 22) sont placés à l'intérieur (14) du bateau (2). 2) Dispositif de propulsion selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe moteur de commande verticale comprend un vérin (13) ayant un carter (13a) articulé (15 à 17) sur le bateau (2), et en ce que lesdits moyens de transmission comprennent une tige (19) solidaire du piston (18) dudit vérin (13) et coaxiale à ce dernier, cette tige faisant saillie à l'extérieur et à l'arrière du bateau et étant articulée (20) par son extrémité libre sur le support d'arbre d'hélice (1). 3) Dispositif de propulsion selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit carter (13a) est articulé sur le bateau (2) par son extrémité adjacente à ladite tige de transmission (19). 4) Dispositif de propulsion selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit carter (13a) est articulé sur le bateau (2) par une articulation à rotule (15 à 17). ) Dispositif de propulsion selon d'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit support d'arbre à hélice (1) est monté de manière mobile horizontalement et verticalement par rapport au bateau, par l'intermédiaire d'un moyen d'articulation à rotule (5, 10), situé de préférence partiellement ou totalement à l'intérieur du bateau. 6) Dispositif de propulsion selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ledit organe moteur de commande transversale comprend un vérin (22) dont un premier élément (22a), carter ou tige de piston, est articulé (23) sur le bateau (2), et dont le second élément (22b), tige de piston ou carter, est articulé (102, 103) par son extrémité libre sur l'un des éléments (21), carter ou tige de piston, dudit vérin de commande verticale (13). 7) Dispositif de propulsion selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit vérin de commande verticale (13) comporte une seconde tige (21) solidaire du piston (18) dudit vérin, coaxiale à ce dernier, et située dans le prolongement et à l'opposé de la première tige (19) par rapport au piston (18), et en ce que ledit second élément (22b) dudit vérin de commande transversale (22), est articulé (102, 103) sur ladite seconde tige (21) du vérin de commande verticale (13). 8) Dispositif de propulsion selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que ledit premier élément (22a) dudit vérin de commande transversale (22) est articulé sur le bateau par une articulation à rotule (23). 9) Dispositif de propulsion selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ledit premier élément (22a) dudit vérin de commande transversale (22) est articulé (23) sur le bateau par son extrémité libre. ) Dispositif de propulsion selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que ledit premier élément dudit vérin de commande transversale (22) est le carter (22a) de ce vérin. 11) Dispositif de propulsion selon l'une des revendications précédentes et comportant, de façon connue en soi, deux unités de propulsion juxtaposées d'axes parallèles (100, 101), comprenant chacune une hélice (4), un arbre d'hélice (3) et un support d'arbre d'hélice (1) articulé sur le bateau (2), par l'une de ses extrémités, par une articulation à rotule (5, 9, 10), les deux supports d'arbre d'hélice (1) étant reliés entre eux par une bielle (24) articulée sur chacun desdits supports par une articulation (25) d'axe (B, C) orthogonal à l'arbre d'hélice (3) correspondant, caractérisé en ce que chaque unité de propulsion est munie d'un vérin de commande verticale (13) propre, et en ce qu'une seconde bielle (26) parallèle à la première bielle (24) relie entre eux lesdits vérins de commande verticale (13) par l'un de leurs éléments (21), carter ou tige de piston, ladite deuxième bielle (26) étant articulée sur chacun de ces éléments (21). 12) Dispositif de propulsion selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, pour actionner ledit support d'arbre à hélice (1) horizontalement et verticalement, un dispositif de commande hydraulique contenu dans un boîtier ou carter (105), susceptible d'être relié à deux pompes hydrauliques indépendantes (30, 31), et comportant des moyens d'électrovannes (37, 38) susceptibles, d'une part, de piloter des vérins à double effet (22) pour le pilotage en direction par l'intermédiaire de vannes de court-circuit (39 - 42) permettant, en cas de besoin, de courtcircuiter un vérin (22) tout en autorisant la commande d'un autre vérin (22), lesdits circuits hydrauliques étant de préférence dédoublés, d'autre part des vérins à double- effet pour le déplacement vertical du support (1).