Brevet FR2780104A1 — publié le 19991224

-1 La présente invention concerne un dispositif de propulsion par dépression atmosphérique créée à la surface d'un disque en rotation rapide au moyen d'ailettes projetant les molécules d'air perpendiculairement à l'axe de rotation. Actuellement les avions et autres hélicoptères utilisent des pales d'hélices, ou des ailettes de réacteurs qui, en tournant rapidement projettent l'air derrière elles, parallèlement à leur axe de rotation. Du fait de leur angle d'incidence, les pales d'hélices ou ailettes s'appuient en quelque sorte sur les molécules d'air qu'elles rencontrent et qu'elles chassent vers l'arrière. Ces pales transmettent donc directement la force propulsive qu'elles ont créée. Le dispositif selon l'invention exploite d'autres propriétés. En effet le dispositif est simplement destiné à créer une différence importante de pression entre les 2 faces d'un disque(1) en rotation rapide en projetant les molécules d'air perpendiculairement à son axe(6) et non pas parallèlement comme on le fait habituellement, et c'est cette différence de pression qui créera la force propulsive. Nous savons que toute surface d'objet est soumise en permanence à la pression atmosphérique représentant 1kg par cm2 environ en basse altitude. Cette pression résulte du bombardement régulier de cette surface par les molécules d'air ambiant. Ces molécules se déplacçant dans toutes les directions le bombardement, donc la pression, est homogène et les objets sont en équilibre. Pour créer un déséquilibre aux fins d'un déplacement ou d'un soulèvement de l'objet il faut soit augmenter la pression d'un côté soit la diminuer de l'autre. Ce sont les lois connues de l'aérodynamique qui régissent depuis toujours le vol de tout ce qui vole: oiseaux, aéronefs, etc. Le dispositif selon l'invention est destiné à exploiter la différence de pression entre les 2 faces opposées d'un disque(1) en faisant simplement diminuer la pression sur une de ses faces sans même chercher à l'augmenter de l'autre sinon légèrement dans le cas d'un déflecteur(3) en bulbe. Si l'on arrive à créer le vide, le déséquilibre entre les 2 faces représentera 1kg par cm2. Le moyen retenu ne doit utiliser aucune force opposée à la force exercée par la pression atmosphérique sinon ces forces s'annuleraient entre elles et l'on aurait seulement déplacé le problème. Le dispositif est donc constitué d'un disque en rotation rapide comportant sur une de ses faces des ailettes(2) parfaitement perpendiculaires à sa surface donc à incidence nulle, destinées à projeter à la périphérie, perpendiculairement à son axe(6), les molécules d'air qu'elles rencontrent, leur empêchant ainsi d'atteindre la surface du disque sur laquelle elles sont fixées. Sur cette surface se crée ainsi le vide alors que sur l'autre face s'exerce la pression atmosphérique. Il faut donc que les molécules d'air 2- ambiant n'aient pas le temps d'atteindre cette surface avant d'être percutées par une ailette(2) qui la projettera vers la périphérie comme le ferait une raquette sur une balle de tennis. Sachant que la vitesse des molécules d'air ambiant est d'environ 500m/s, on calculera en conséquence la hauteur des ailettes, l'espace entre 2 ailettes donc leur nombre, et la vitesse de rotation du disque. De ce fait on constate très vite que le centre du disque ne peut être utilisé efficacement et doit être neutralisé. Il comportera donc un cylindre central qui peut être creux donc ouvert au passage de l'air, ou plein et constituer à son extrémité la butée(10) judicieusement lubrifiée, chargée de transmettre la force propulsive à la structure. Seule une couronne périphérique du disque(1) sera donc exploitée. Pour que les molécules d'air ambiant soient directement projetées vers l'extérieur il est intéressant que les ailettes présentent un certain angle d'incidence par rapport aux rayons du disque c'est-à-dire que leur extrémité sera décalée à l'arrière de leur rayon d'origine par rapport au sens de rotation du disque tout en restant parfaitement perpendiculaire à la surface du disque. Il serait dommage de ne pas utiliser l'énergie de ce flux de molécules d'air chassées perpendiculairement par les ailettes du disque. C'est pourquoi un déflecteur(3) conique, semi-hémisphérique ou en bulbe est placé autour du disque. En effet dans le cas d'un déflecteur conique ou semi-hémisphérique ouvert, les parois du déflecteur bénéficieront d'une augmentation de pression due au flux d'air périphérique qui augmentera l'effet propulsif du dispositif du fait de l'angle des parois de ce déflecteur, lesquelles renverront cette fois les molécules dans une direction parallèle à l'axe du disque. Les deux effets s'additionnent. Dans le cas d'un déflecteur(3) en bulbe les molécules d'air périphériques, chassées par les ailettes(2) sont ramenées contre la surface lisse inférieure de ce disque et augmentent la pression donc la différence entre les 2 faces de ce disque ce qui renforce l'effet propulsif du dispositif. Ce déflecteur en forme de bulbe peut être ouvert ou fermé. Dans ce dernier cas, I'arbre d'entraînement du moteur(4) traversera la paroi du déflecteur qui pourra même être hermétique. Ceci permettra d'utiliser une pression supérieure à la pression atmosphérique. D'autre part le dispositif exploitant le phénomène de cavitation, il sera intéressant d'utiliser dans ce bulbe fermé, un gaz plus lourd que l'air ce qui augmentera encore son efficacité. Le moteur(4) d'entraînement du disque en rotation peut être placé en amont ou en aval. Par simplicité de réalisation il devrait être placé en aval du côté de la face du 3 5 disque exposée à la pression atmosphérique. Il sera maintenu solidement au centre du déflecteur par des entretoises(7) profilées aérodynamiquement de manière à présenter -3- le moins de traînée possible dans le flux d'air sortant. Ces entretoises(7) serviront également de gainage aux circuits d'alimentation en énergie et de commande du moteur. Compte tenu de la poussée importante exercée par le disque, d'autres entretoises pourront maintenir directement l'axe(6) du disque. L'extrémité de l'axe pourra également constituer une butée(10) chargée de transmettre la poussée à la structure. Le sommet des déflecteurs coniques ouverts, pourra également être occupé par une entrée d'air. Cette entrée d'air pourra être régulée par le déplacement d'un obturateur(8) en cloche destiné à moduler la force propulsive du dispositif de façon plus simple que par la variation de vitesse de rotation du disque. Toutefois les deux systèmes sont complémentaires. Cet obturateur(8) en cloche devra être percé d'un orifice assurant un écoulement minimum d'air de manière à éviter tout risque de créer une dépression sur les parois du déflecteur(3). Autour du col de sortie du déflecteur(3), pourront être installés des volets(5) orientables qui seront destinés à orienter le flux d'air sortant dans une direction ou une autre. Mais de manière plus globale il est parfaitement envisageable de manceuvrer la totalité du déflecteur et du disque avec son moteur(4)en se méfiant toutefois de l'effet gyroscopique important du disque et du moteur. Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente une coupe verticale au niveau de l'axe central de l'ensemble du dispositif dans le cas d'un déflecteur en bulbe ouvert avec volets orientables. La figure 2 représente une coupe horizontale au niveau des ailettes(2) du disque(1). La figure 3 représente une coupe selon l'axe(6) de rotation du dispositif exploitant plusieurs disques(1) dans des déflecteurs(3) en bulbes fermés entraînés en ligne sur le même arbre moteur. En référence à ces dessins le dispositif selon l'invention comporte un disque(1) en rotation rapide entraîné par un moteur(4) et maintenu par des entretoises(7) au centre d'un déflecteur(3) conique, semi- hémisphérique ou en bulbe c'est à dire de forme la mieux adaptée afin que les parois renvoient le flux d'air, expulsé perpendiculairement par les ailettes(2) du disque, parallèlement à l'axe(6) de rotation du disque. Dans le cas d'un déflecteur en bulbe ouvert ou fermé, I'air renvoyé par les parois est en légère surpression sous le disque. Ce disque(1) comporte une face lisse sur laquelle s'exerce normalement la pression atmosphérique et une face sur laquelle on essaie de faire le vide le plus complet. Pour ce faire, des ailettes(2) sont fixées perpendiculairement sur cette face. Ces ailettes seront les plus légères donc le plus minces possible; toutefois leur matériau devra leur - 4 conférer une grande rigidité et une grande résistance au frottement dans l'air. Leur forme trapézoïdale ou semi-circulaire devra éviter de générer des sifflements excessifs malgré la vitesse de rotation importante. Ces ailettes(2) pourront prendre appui sur toute leur hauteur contre le cylindre(9) central destiné à neutraliser la partie centrale du disque. Compte tenu de la vitesse de rotation, il est indispensable que ce disque soit parfaitement équilibré et ne génère pas de vibrations préjudiciables. La force propulsive de ce dispositif sera bien sûr fonction de ses dimensions et de la dépression créée par les ailettes. Le contrôle de la puissance propulsive pourra donc se faire de plusieurs manières. 1 _ en jouant sur la vitesse de rotation du disque. 2 _ en jouant sur les volets(5) orientables situés autour du col de sortie du déflecteur. 3 _en étranglant plus ou moins l'entrée d'air dans le cas d'un dispositif avec déflecteur ouvert favorisant un flux d'air important. 4 _dans le cas d'un déflecteur à bulbe fermé, on pourra jouer sur la pression interne du bulbe. Ainsi l'importance de la force propulsive transmise à la structure est fonction de la surface du disque et de l'importance de la dépression créée sur la face du disque supportant les ailettes laquelle est déterminée par le temps laissé aux molécules d'air pour atteindre cette face en passant entre deux ailettes ce temps étant d'autant plus faible que ces ailettes sont plus hautes, que le temps de succession entre 2 ailettes est plus court, ceci dépendant directement de la vitesse de rotation du disque et de la distance entre 2 ailettes, donc de leur nombre. De ce fait ses adaptations.sont nombreuses. A titre d'exemple examinons une des possibilités de dimensionnement correspondant aux besoins d'un hélicoptère en lieu et place de son rotor. 2 5 Soit un disque de 1 mètre de diamètre comportant un cylindre creux central de 30 cm de diamètre la couronne exploitable aura donc une surface de: ,- 15en = 7854 cm2 - 707 cm2 = 7147 cm2. Si j'obtiens le vide absolu sur une face, la pression atmosphérique exercée sur l'autre face produira une force de 7147kg. A ceci je devrais rajouter la force exercée par surpression sur les parois du déflecteur semi-hémisphérique due aux molécules d'air chassées par les ailettes du disque ou la suppression sur la face inférieure du disque dans le cas d'un déflecteur en bulbe. On a vu que pour obtenir le vide il faut que les ailettes percutent les molécules d'air avant qu'elles aient eu le temps d'atteindre la surface du disque. Supposons 36 ailettes de 30cm de haut, ces ailettes seront espacées de 100X/ 36 soit 9cm environ en périphérie. - 5- Si la vitesse de rotation du disque est de 3600tr/mn soit 60tr/seconde cela fait un déplacement de 188m/s pour l'extrémité des ailettes donc loin de la vitesse du son. Les ailettes se succèdent tous les 1/(60 x 36) = 1/2160 de seconde. Les molécules d'air pour atteindre la surface du disque entre deux ailettes sans être percutées par celles-ci ne disposent que de 1/2160 de seconde pour faire 30cm. Ceci nécessiterait une vitesse de 0, 30 m x 2160 = 648m/s ce qui est supérieur à la vitesse de déplacement des molécules d'air ambiant. Or si nécessaire on a encore de la marge pour dimensionner le dispositif en augmentant le nombre d'ailettes, leur hauteur et même la vitesse de rotation du disque. De toute évidence cet exemple nous montre qu'il est déjà surdimensionné pour un usage d'hélicoptère traditionnel. Ceci laisse donc envisager un domaine d'exploitation immense de ce dispositif sous ses différentes adaptations. De surcroît il est d'autant plus intéressant que la force propulsive n'est pas proportionnelle à la puissance nécessaire à la mise en rotation -15 des disques, ce qui laisse espérer d'énormes économies d'énergie par rapport aux systèmes de propulsion actuellement utilisés tels que rotors, réacteurs, hélices d'avions, hélices de bateaux ou de sous marins, etc.... Pour obtenir des puissances de poussées importantes dans certaines applications telles que la traction de trains ou la propulsion des navires il est facile de monter plusieurs disques en bulbe fermé, en ligne, entraînés sur le même arbre par un seul et même moteur, ce qui permet de limiter le diamètre des disques sans être limité en puissance. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné au soulèvement et transport aérien de charges importantes que ce soit des passagers ou des marchandises par hélicoptères ou avions, mais aussi à tous les autres domaines de propulsion: trains, bateaux, sous-marins et autres engins mobiles. 6- REVENDICATIONS 1 - Dispositif de propulsion par dépression atmosphérique caractérisé en ce qu'il est constitué d'un disque(1) en rotation rapide qui exploite la différence de pression créée entre ses deux faces du fait qu'il comporte sur une face des ailettes(2) perpendiculaires à sa surface, destinées à projeter à sa périphérie donc perpendiculairement à son axe(6), contre les parois du déflecteur(3), les molécules d'air, leur évitant ainsi d'atteindre la surface du disque ce qui crée un vide maximum sur celle-ci en opposition à la pression atmosphérique qui s'exerce sur la face lisse opposée de ce disque en rotation. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le centre du disque(1) est occupé selon son axe(6), par un cylindre(9) creux donc ouvert au passage de I 'air, ou plein, et constituant une butée(10) destinée à transmettre la force propulsive à la structure. 3 - Dispositif selon la revendication 1 et 2, caractérisé en ce que l'importance de la force propulsive transmise à la structure est fonction de la surface du disque et de I'importance de la dépression créée sur la face du disque(1) supportant les ailettes(2) laquelle est déterminée par le temps laissé aux molécules d'air pour atteindre cette face en passant entre deux ailettes, ce temps étant d'autant plus faible que ces ailettes sont plus hautes, que le temps de succession entre 2 ailettes est plus court ceci dépendant directement de la vitesse de rotation du disque et de la distance entre 2 ailettes, donc de leur nombre. 4 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que ces ailettes(2) perpendiculaires sont de forme trapézoïdale ou semicirculaire et sont dirigées du centre du disque vers sa périphérie avec toutefois un angle d'incidence par rapport au rayon c'est à dire décalées en arrière à leur extrémités de manière à ce que les molécules d'air percutées par ces ailettes soient renvoyées directement vers la périphérie du disque(1) perpendiculairement à l'axe(6), en direction de la paroi oblique du déflecteur(6). - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif comporte autour du disque(1) en rotation un déflecteur(3), conique, semi-hémisphérique ou en bulbe, dont les parois obliques sont destinées à renforcer l'effet de propulsion du fait de la surpression exercée sur ces parois par les molécules d'air projetées latéralement par le disque en rotation et renvoyées parallèlement à l'axe du fait de l'angle des parois de ce déflecteur dans le cas d'un déflecteur conique ouvert. Dans le cas d'un déflecteur en bulbe qu'il soit ouvert ou fermé, la surpression efficace s'exercera sur la 7- face lisse inférieure du disque. 6 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le disque rotatif et son moteur(4) sont maintenus au centre du déflecteur(3) par des entretoises(7) dont le profil sera suffisamment aérodynamique pour présenter le moins de traînée possible dans le flux d'air sortant qui s'écoule dans ce déflecteur. 7 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'ensemble du dispositif est, soit globalement mobile et articulé de manière à être orienté dans l'axe de propulsion ou sustentation souhaité, soit partiellement par le fait que le déflecteur peut comporter un dispositif d'orientation du flux sortant constitués de volets(5) orientables placés autour du col de sortie du déflecteur(3). 8 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la force de propulsion est contrôlée de plusieurs manières, à savoir: en jouant sur la vitesse de rotation du disque, en jouant sur les volets(5) orientables, en jouant sur l'étranglement du flux en amont dans le cas d'un déflecteur conique, ce qui diminuera la suppression sur les parois du déflecteur ou en jouant sur la pression interne dans le cas d'un déflecteur en bulbe fermé. 9 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que plusieurs disques(1) à déflecteur en bulbe fermé peuvent être montés en ligne sur le même arbre, entraînés par le même moteur(4). 10 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que, dans le cas d'un déflecteur(3) en bulbe fermée hermétiquement, I'air peut être remplacé avantageusement par un gaz plus lourd et sous une pression légèrement supérieure, ce qui renforcera l'efficacité du dispositif.