Brevet FR2773380A1 — publié le 19990709

La présente invention concerne une pale de forme tubulaire réalisée à partir d'un cylindre. Un nombre déterminé de pales de ce type permet de réaliser un rotor ou une hélice. L'air en mouvement exerce des forces aérodynamiques provoquant un couple qui imprime un mouvement de rotation au rotor, lequel dès lors peut mouvoir toute machine réceptrice susceptible d'utiliser directement ou indirectement l'énergie mécanique ainsi disponible. Cette puissance motrice varie suivant le nombre de pales, leurs dimensions et leurs différences de formes. Les rotors équipés de pales du type profil aviation sont utilisés avec une rentabilité maximale par vent fort. A l'inverse, ils deviennent inefficaces par vent faible et ne sont donc exploités rentablement que durant une faible partie de l'année dans les régions à vents faibles et moyens. De plus la réalisation de ces pales nécessite une technologie coûteuse, ce qui réduit d'autant leur rentabilité. Les rotors à pales multiples sont quant à eux efficaces par vent faible grâce au couple important qu'ils développent mais sont néanmoins limités dans leur vitesse de rotation ( et donc en puissance) à cause de leur aérodynamisme moins performant. Le nouveau type de pale tubulaire selon l'invention permet de réaliser un rotor capable d'obtenir un couple supérieur à un rotor multipales classique tout en conservant une vitesse de rotation approchant celle d'un rotor rapide à pales type aviation. Ces comparaisons sont données pour des rotors de diamètres égaux. La pale de forme tubulaire peut être réalisée en tôle métallique (galvanisée, aluminium, inox) ou en matière synthétique ( polyester, fibre de verre). Le nombre de pales sera fonction du diamètre et du type de rotor choisi : bipales, tripales ou multipales. La pale tubulaire, dont le profil original permet la pénétration et l'accélération du vent en son intérieur, est formée à partir d'un cylindre dans lequel sont pratiquées deux coupes biaises selon des angles différents. La première coupe biaise génère ainsi la plus grande ouverture ellipsoidale par laquelle le vent doit pénétrer la pale. Elle est destinée à être exposée perpendiculairement au vent. La seconde ouverture ellipsoïdale, de surface moins importante, doit permettre l'échappement du vent en dehors du mouvement rotatif, de façon que la pale suivante soit le moins possible gênée par les turbulences. Le vent entrant dans la pale tubulaire subit une concentration engendrée primo par la forme concave de cette pale et secundo par la différence des surfaces d'entrée et de sortie du vent ( S entrée > S sortie). De plus, il est à noter que la sortie du vent est facilitée par l'aspiration causée par le vent incident (généré par la rotation propre du rotor). Il est remarquable aussi que la taille des pales peut augmenter proportionnellement à l'éloignement par rapport à l'axe du rotor, cela permettant d'augmenter d'autant le couple du rotor. Les pales tubulaires peuvent être fabriquées à partir de cylindres droits dans des épaisseurs de tôles déterminées pour leur rigidité en fonction de l'importance de leur taille. Cette façon de réaliser les pales permet d'obtenir des coûts de fabrication relativement faibles. La découpe des pales dans un cylindre de longueur suffisante s'effectue très rapidement, puisque une coupe biaise réalise dans le même temps 2 ouvertures identiques pour 2 pales, les chutes inévitables étant limitées aux 2 extrémités du cylindre. Selon des modes particuliers de réalisation - La grande ouverture d'entrée du vent pourra être élargie au maximum sur la moitié de l'ellipse côté empennage. - Le dos de la pale pourra être courbe dans sa longueur. - L'empennage pourra être modifié de façon à être dans le prolongement du plan de la grande ouverture. - La pale tubulaire pourra être fabriquée de façon à lui donner une forme courbe sur une partie ou toute sa longueur, le rayon de courbure étant fonction de l'éloignement de la pale par rapport à l'axe du rotor. Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente la pale vue face au vent. La figure 2 représente la pale vue de profil. La figure 3 représente une variante de la pale dont l'ouverture est élargie, vue face au vent. La figure 4 représente une variante de la pale dont l'ouverture est élargie, vue de profil. La figure 5 représente une variante de la pale à dos courbe vue de profil. La figure 6 représente une variante de la pale avec l'empennage dans le même plan que la grande ouverture, vue de profil. La figure 7 représente une variante de la pale courbe sur une partie de sa longueur, vue face au vent. La figure 8 représente une variante de la pale courbe sur toute sa longueur, vue face au vent. La figure 9 représente l'exemple d'un rotor multipales, vu face au vent. En référence aux figures 1 et 2 , la pale tubulaire comporte une grande ouverture ellipsoidale (1) pour l'entrée du vent, lequel se concentre et s'accélère dans le cylindre. La coupe biaise, à l'origine de cette grande ouverture, crée l'apparition d'une pointe à l'extrémité de la pale, formant ainsi le bord d'attaque ( 2 ) de cette pale. Le bord d'attaque ( 2 ) de la pale correspond à la moitié de l'arête formée par la grande ouverture ellipsoïdale ( 1 ) c'est à dire depuis la pointe de la pale jusqu'au petit diamètre de l'ellipse. Une seconde ouverture ellipsoïdale ( 3 ) de moindre importance termine la pale par son bord de fuite (4 ) et permet la sortie de l'air qui est rejeté à l'arrière du rotor et à l'extérieur du mouvement rotatif, ce qui permet de minimiser les turbulences sur la pale suivante. L'arrière de la pale forme un cylindre dont la demi circonférence côté grande ouverture concrétise un empennage stabilisateur ( 5 ) qui conduit l'air accéléré vers la sortie de la pale. Il contribue aussi à la rigidité et à la solidité de la pale. Le dos de la pale ( 6 ) est constitué par la partie pleine demi cylindrique située entre la pointe de la pale et son bord de fuite ( 4 ). Il est parallèle et contigü à l'empennage ( 5 ). Selon une variante illustrée par les figures 3 et 4, la grande ouverture ellipsoidale ( 1) d'entrée du vent pourra être élargie au maximum sur la moitié de l'ellipse depuis son petit diamètre jusqu'à l'empennage ( 5 ). Selon une variante illustrée par la figure 5, le dos de la pale ( 6 ) sera courbe sur toute sa longueur. Selon une variante illustrée par la figure 6, l'empennage ( 5 ) ne sera plus parallèle au dos de la pale mais dans le prolongement du plan de la grande ouverture ( 1 ). Selon une variante illustrée par les figures 7 et 8, la pale tubulaire sera fabriquée de façon à lui donner une forme courbe sur une partie ou toute sa longueur. Cette courbure aura pour rayon la distance entre l'axe du rotor et l'axe longitudinal de la pale qui est fonction de son emplacement sur le bras du rotor. Une ou plusieurs, voire toutes ces variantes, pourront intervenir dans la fabrication d'une pale qui dans ce cas devra être réalisée par moulage ou emboutie par pièces à assembler. Selon l'invention, un nombre déterminé de pales tubulaires fixées perpendiculairement sur ou entre des bras rayonnants depuis un axe tournant, permettra la construction de rotors éoliens pour le pompage de l'eau ou la fourniture d'électricité. La pale pouvant aussi utiliser la force du vent pour la propulsion, on pourra étendre son champ d'application aux barrages éoliens ainsi qu'aux déplacements de véhicules terrestres, aériens et maritimes. REVENDICATIONS I) Rotor éolien à axe horizontal, économique et rentable, comportant au moins une pale de forme tubulaire fixée sur des bras rayonnants caractérisé en ce que cette pale dite de base est réalisée à partir d'un cylindre droit dans lequel sont pratiquées deux coupes biaises suivant des angles déterminés et espacées comme il convient, créant ainsi deux ouvertures ellipsoïdales de surfaces différentes, coupes suffisant à donner à la pale son profil définitif. 2) Rotor selon la revendication 1 caractérisée en ce que chaque pale est réalisée très économiquement en plusieurs exemplaires, à partir d'un cylindre du diamètre sélectionné, le nombre de pales réalisables étant limité seulement par la longueur de ce cylindre, chaque coupe biaise (grande ou petite) pratiquée respectant les angles définis réalisant ainsi deux ouvertures identiques pour deux pales, les inévitables pertes étant limitées aux deux chutes d'extrémités du cylindre. 3) Rotor selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'une ou plusieurs pales pourront être fixées sur un ou entre deux bras rayonnant depuis l'axe central du rotor, l'axe longitudinal de chaque pale étant perpendiculaire au rayon du rotor. 4) Rotor selon la revendication 3 caractérisée en ce que chaque bras ou entre bras rayonnant sera porteur d'une ou de plusieurs pales, la taille des pales étant proportionnelle à leur éloignement par rapport à l'axe du rotor, permettant ainsi d'augmenter d'autant le couple. 5) Rotor selon la revendication t caractérisée en ce que la grande coupe biaise pratiquée dans le cylindre suivant l'angle déterminé permettra d'obtenir pour chaque pale la grande ouverture ellipsoïdale (l) destinée à être orientée perpendiculairement à la direction du vent, lequel pénètre dans cette pale oli il est canalisé et accéléré avant de ressortir par la petite ouverture ellipsoïdale (3) de chaque pale. 6) Rotor selon revendication 1 caractérisée en ce que l'arête de la grande ouverture ellipsoïdale (1) depuis la pointe de la partie effilée issue de la coupe biaise jusqu'au petit axe de l'ellipse concrétise le bord d'attaque (2) de chaque pale. 7) Rotor selon les revendications 1 et 5 caractérisées en ce que la petite coupe biaise pratiquée dans le cylindre suivant l'angle déterminé permettra d'obtenir la petite ouverture ellipsoïdale (3) de sortie du vent dont l'arête matérialise le bord de fuite (4) de chaque pale. 8) Rotor selon la revendication 1 caractérisée en ce que la partie pleine du cylindre entre la pointe du bord d'attaque (2) de la pale et son bord de fuite (4) issue de l'espace entre les deux coupes biaises matérialise le dos (6) de la pale. 9) Rotor selon les revendications 1 et 8 caractérisée en ce que la partie pleine du cylindre entre la grande ouverture ellipsoïdale (1) de chaque pale et son bord de fuite (4) issue de l'espace entre les deux coupes biaises matérialise'l'empennage (5) de cette pale et soit contigu et parallèle au dos (6) de la pale. 10) Rotor selon les revendications 1 et 5 caractérisée en ce que la grande ouverture ellipsoïdale (1) de chaque pale pourra être élargie sur la moitié de l'ellipse depuis son petit diamètre etjusqu'à l'empennage. 11)Rotor selon la revendication 8 caractérisée en ce que le dos (6) de chaque pale est courbe dans sa longueur. 12) Rotor selon la revendication 9 caractérisée en ce que l'empennage (5) de chaque pale n'est plus parallèle au dos de la pale (6) mais dans le prolongement du plan de la grande ouverture ellipsoïdale (l). 13) Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que la forme de chaque pale est courbe sur une partie ou sur la totalité de sa longueur, le rayon de courbure dépendant de la distance entre l'axe du rotor et l'axe longitudinal de chaque pale.