Brevet FR2781841A1 — publié le 20000204

La présente invention concerne un dispositif réversible de propulsion par cavitation. Actuellement les différents dispositifs de propulsion sont principalement l'hélice et la turbine pour les bateaux ainsi que les sous-marins, I'hélice et autres réacteurs pour les avions, le rotor avec 2 à 6 pales pour les hélicoptères, etc. Depuis la vis d'Archiméde, on constate que tous ces systèmes se vissent en quelque sorte dans le fluide (air ou eau). Les pales ou ailettes, par leur incidence, prennent directement appui sur les molécules du fluide en les chassant derrière elles parallèlement à l'axe de rotation ce qui produit par réaction une force propulsive en sens inverse. O10 Depuis peu, il est proposé, par le même auteur du présent dispositif, de créer par centrifugation le vide d'un côté d'un disque en rotation rapide et de laisser agir la pression atmosphérique de l'autre. La différence de pression entre les deux faces crée une force, qui transmise à la structure, devient la force propulsive. Ce disque est donc lisse sur une face et comporte des aubes centrifuges sur l'autre face. La force propulsive agit donc toujours dans le même sens. Le dispositif selon l'invention permet la réversibilité totaie de cette force propulsive allant d'un maximum d'intensité dans un sens, à zéro, puis de ce zero intermédiaire à un maximum dans l'autre sens et ceci sans modifier le sens ni la vitesse de rotation de l'arbre(6) d'entraînement. Il comporte une roue dont les aubes centrifuges(2) sont parfaitement parallèles à l'axe(6) de rotation mais par rapport au précédent dispositif, le disque latéral n'est pas directement accolé aux pales. Le dispositif comporte en effet 2 disques(1) indépendants, 1 de chaque côté, et c'est la roue à aubes qui en coulissant sur son arbre d'entraînement vient se plaquer sur l'un ou sur l'autre. La parfaite symétrie du dispositif produit une parfaite symétrie de l'effet 2 5 de propulsion. En effet la roue à aubes centrifuges produira une cavitation entre ses pales ce qui créera le vide sur la paroi du disque contre lequel elle est en butée alors que la pression du fluide, augmentée de la surpression due à la turbulence, agira sur l'autre face. La poussée exercée sur le disque(1) est transmise à la structure par les entretoises(7) qui maintiennent solidement en place les disques à l'intérieur du boîtier cylindrique. Le boîtier cylindrique comporte sur ses parois internes des déflecteurs(3) qui dirigent le fluide contre la face extérieure du disque en augmentant la pression, puis facilitent son retour par le centre c'est-à-dire par l'intérieur du cylindre(9) central de la roue à aubes. La longueur de ce cylindre, plus grande que la largeur des aubes, fait que le flux est dirigé contre la face interne du 2e disque ce qui augmente la pression et a donc un effet positif additionnel. Ceci protège aussi les aubes de la roue d'un flux latéral trop -2- important nuisant à la cavitation. La roue à aubes est entraînée par un moteur(4) ou une turbine, extérieur au boîtier. L'arbre d'entraînement traverse selon son axe le boîtier cylindrique. La roue à aubes comporte en son centre un manchon(5) en prise sur cet arbre et coulissant sur lui. Ce manchon est relié au cylindre central de la roue par des entretoises(7). Le coulissement du manchon, provoquant son déplacement d'un disque à l'autre, est manoeuvré de l'extérieur au moyen d'un tube(8) solidaire du manchon(5) et entourant l'arbre(6). Il comporte à son extrémité un embout(13) en couronne possédant une accroche pouvant être tirée ou poussée par un vérin ou une timonerie. Des joints(12) assurent l'étanchéité du boîtier tout en permettant la rotation et le coulissement du tube(8). La cavitation sous-entend un retrait du fluide et son remplacement par le vide. Ceci impose de prévoir un espace capable d'accueillir ce volume de fluide. C'est pourquoi l'espace existant entre les lobes des déflecteurs(3) périphériques prend la fonction de vase d'expansion(10). Une membrane(11) élastique assure l'étanchéité et sépare le "_5 fluide du gaz compressible ou de l'air ambiant. En effet ce vase d'expansion(10) permet d'ajuster la pression interne du fluide qui peut- être égale à la pression atmosphérique si celui-ci est ouvert à l'air libre ou au contraire maintenu à une pression supérieure par de l'air comprimé augmentant ainsi la pression efficace sur la face extérieure du disque sollicité ou inversement maintenu à une pression inférieure ce qui facilite la cavitation à une vitesse de rotation plus basse de la roue a aubes(2). Le fluide utilisé peut être de l'eau, de l'huile, de l'air, des gaz plus lourds que l'air, etc. Il ne s'agira simplement que d'adaptation du dispositif au fluide choisi. La force de propulsion sera évidemment fonction de la surface des disques sur laquelle s'exerce la différence de pression. Le fluide, quel qu'il soit, sera inévitablement en rotation du fait de la rotation de la roue à aubes, même au neutre. Ceci n'est pas un inconvénient et limite même les temps de réactions du dispositif lors des démarrages ou des inversions de sens de propulsion (freinages). Toutefois cette agitation constante provoque un échauffement et il est indispensable de prévoir un système de refroidissement(15) efficace. Celui-ci peut-être installé sans problème dans les parois 0 du boîtier, et principalement dans le déflecteur de flasques latérales destiné à diriger le flux contre la face extérieure du disque. Si l'on souhaite éviter des diamètres trop grands et obtenir malgré tout des puissances de propulsion importantes il est évidemment possible de monter plusieurs dispositifs en série sur le même arbre d'entraînement donc le même moteur avec une commande unique. - 3- Ce dispositif étant hermétique donc indépendant du milieu dans lequel il est utilisé, la poussée engendrée pourra donc être exploitée dans l'espace cosmique. Un générateur nucléaire fournirait l'énergie nécessaire à la rotation de la roue. Pour éviter des problèmes de basculement de l'engin il suffira de prévoir 2 dispositifs identiques et parallèles mais tournant en sens inverse. Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente une coupe verticale du dispositif selon l'axe(6) de rotation, c'est à dire perpendiculaire au plan des disques(1l) fixes et de la roue à aubes(2) centrifuges. La figure 2 représente une coupe de la roue à aubes centrifuges, perpendiculaire à son axe. En référence à ces dessins, le dispositif comporte deux disques(1) indépendants et fixes entre lesquels se déplace la roue à aubes(2) centrifuges. Ces disques sont évidés au centre sur un diamètre correspondant au diamètre extérieur du cylindre(9) central de la roue à aubes. Leur face extérieure est profilée et possède 2 renflements de manière à recevoir le flux de retour avec la meilleure efficacité pour engendrer une surpression et en même temps faciliter l'écoulement du fluide en retour par le cylindre central de la roue. Cette roue est entraînée en rotation rapide par un moteur(4) ou une turbine, extérieur au boîtier cylindrique renfermant hermétiquement le fluide dans lequel elle tourne. L'arbre d'entraînement, enserré par des joints au passage de la paroi, traverse donc le boîtier cylindrique selon son axe. La roue comporte un cylindre(9) creux central selon son axe permettant la circulation de retour du fluide. Ce cylindre est relié, par des entretoises(7), au manchon(5) central en prise sur l'arbre d'entraînement et coulisse sur celui-ci. L'intérieur de ce cylindre, traversé par le fluide, est profilé symétriquement en deux cônes divergents aux extrémités. Les aubes(2) centrifuges sont donc fixées directement sur ce cylindre. Leur largeur suffisante permet une cavitation entre les aubes malgré le fait qu'un côté est soumis latéralement au fluide et que les aubes sont parfaitement parallèles à l'axe de rotation c'est-à-dire sans aucune incidence repoussant le fluide autrement que perpendiculairement à l'axe par centrifugation. La longueur du cylindre central est supérieure à la largeur des aubes de manière à éloigner le flux sortant et même à bloquer complètement son retour par le centre lorsque la roue est au neutre c'est-à-dire positionnée au milieu entre les 2 disques. De ce fait, le centre n'étant pas alimenté en fluide, la cavitation, bien qu'inutile pour les disques, permet néanmoins de réduire les frottements et donc l'énergie d'entraînement ce qui permet de maintenir la vitesse de rotation avec une énergie réduite au moment o la force propulsive est nulle dans les 2 sens, I'effet est alors 4- identique et symétrique, donc opposé, sur les deux disques ce qui correspond à une poussée nulle dans les 2 sens. Les deux disques sont soumis à des forces importantes et se doivent d'être maintenus solidement à leur place dans le boîtier par des entretoises lesquelles étant en travers du flux, ne doivent pas être trop massives pour ne pas engendrer une traînée trop importante. Le déplacement de la roue à aubes d'un disque à l'autre, est commandé extérieurement par un tube(8) gainant l'arbre d'entraînement et solidaire du manchon central de la roue. L'extrémité extérieure de ce tube en rotation est enserrée par un embout(13) en couronne possédant une accroche permettant un coulissement latéral actionné par un vérin ou une timonerie. Les parois internes du boîtier supportent ou font office de déflecteur afin que le fluide centrifugé par les aubes soit ramené par deux lobes symétriques, placés en ceinture au sommet du boîtier cylindrique, contre la face externe du disque sollicité. Un déflecteur placé sur la flasque du boîtier contribue aussi à augmenter le flux donc la surpression exercée sur la face du disque en opposition au vide créé par cavitation sur l'autre face. Le flux passe ensuite par l'intérieur du cylindre central autour du manchon et ressort en heurtant la face interne du second disque. Ceci a deux conséquences intéressantes: 1- cela augmente positivement la pression sur cette face du disque; 2- cela évite que le flux revienne trop directement dans les aubes et gène la cavitation. Le boîtier comme l'ensemble du dispositif étant parfaitement symétrique, le système est donc parfaitement réversible du fait de la symétrie des effets donc des forces exercées et ce, sans modifier ni le sens ni la vitesse de rotation de la roue. En position intermédiaire, c'est à dire la roue à mi distance entre les deux disques, le cylindre central étant plus long que la largeur des aubes, ce cylindre relie les deux disques fixes et empêche le flux de ressortir entre eux, ce qui favorise la cavitation et réduit les efforts tout en conservant la même vitesse de rotation. Lorsque ce produit la cavitation le fluide est chassé par centrifugation. Il convient donc de prévoir un espace destiné à accueillir le volume de fluide chassé. C'est ainsi qu'entre les deux lobes symétriques servant de déflecteur(3) en ceinture intermédiaire périphérique du boîtier, il est intéressant de placer une membrane(11) élastique séparant un gaz compressible d'un côté ou simplement l'air atmosphérique, de l'autre côté, le fluide, en garantissant l'étanchéité du boîtier au même titre que les joints enserrant l'arbre d'entraînement côté moteur et le tube(8) de commande de coulissement de l'autre. Des ouvertures(14) réservées dans les parois de ces déflecteurs permettent au fluide de rentrer et sortir de cet espace faisant office de vase d'expansion. Une ouverture équipée d'une vanne, sera réalisée dans la paroi du cylindre pour permettre soit la libre circulation de l'air - maintenu par la membrane, soit la mise et le maintien en pression de celui-ci, soit au contraire la mise et le maintien en dépression de cette poche donc du fluide utilisé ce qui favoriserait la cavitation a des vitesses de centrifugation inférieures. Depuis toujours la cavitation a été combattue et évitée car non seulement elle nuisait à l I'efficacité des hélices ou autre corps de pompe mais elle produisait une détérioration du matériel par arrachement du matériau par le vide créé. Si le principe selon l'invention exploite positivement la cavitation ce second aspect devra être pris en compte pour le choix du matériau dans lequel sera construit la roue à aubes et les deux disques fixes. En ce qui concerne le dimensionnement du dispositif voici à titre d'exemple ce que l'on peut attendre de puissance de poussée: Pour des disques de 80 cm de diamètre (5026 cm") moins la partie centrale correspondant au cylindre de la roue, 30 cm de diamètre (706 cm2) soit 4320 cm9 efficaces on peut espérer une poussée de 4320 kgf ou 43 200 N. Mais si la surpression exercée par le retour du fluide contre la face du !.5 disque est de 0,5 bar cela représentera une poussée de 43 200 N x 1,5 = 64 800 N. Pour des disques de 160 cm de diamètre moins la partie centrale de 60 cm cela représente une surface de 17 279 cmz efficace soit 172 790 N de poussée ou encore 26 tonnes de poussée sous 1,5 bar de pression Ce type de propulsion trouve parfaitement sa place en transport ferroviaire, fluvial, marin ou sousmarin. Le dispositif selon l'invention est donc particulièrement destiné à remplacer la propulsion à hélice marine ou aérienne, les rotors d'hélicoptères ou autre réacteurs d'avion, mais aussi les autres types de propulsion classiques terrestres. -6- REVENDICATIONS 1) Dispositif réversible de propulsion par cavitation caractérisé en ce que l'intensité de la force de propulsion est réglable d'un maximum à zéro dans un sens et de ce zéro à un maximum en sens opposé du fait du déplacement selon l'axe central d'entraînement de la roue à aubes(2) centrifuges, entre les deux disques(1) de butée dont les faces subissent la différence de pression provoquée par la cavitation créée par la roue à aube en rotation rapide. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la roue à aubes centrifuges est traversée en son centre et selon son axe(6) de rotation par un cylindre(9) creux qui permet un flux de fluide important et qui est plus long que la 0 largeur des aubes de manière à rejoindre les deux disques(1) et ainsi empêcher l'écoulement du fluide entre ceux- ci lorsque la roue est en position intermédiaire favorisant la cavitation dont l'effet sera alors identique et symétrique, donc opposé. sur les deux disques ce qui correspondra à une poussée nulle dans les 2 sens. 2) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'intérieur de ce cylindre(9), traversé par le fluide, est profilé symétriquement en deux cônes divergents aux extrémités et est relié par des entretoises(7), à un manchon(5) central destiné a coulisser sur l'arbre d'entraînement(6) qui le traverse en son centre et avec lequel il est en prise. 3) Dispositif selon la revendication 1 et 3 caractérisé en ce que le coulissement de ce manchon(5) central de la roue à aubes(2) est manceuvré de l'extérieur du boîtier au moyen d'un tube(8) solidaire d'une extrémité du manchon et coulissant lui aussi autour de l'arbre d'entraînement. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux disques(l) entre lesquels se déplace la roue à aubes centrifuges sont fixes, évidés au centre sur un diamètre correspondant à celui du cylindre(9) central de la roue et maintenus solidement à leur place dans le boîtier par des entretoises(7) chargées de transmettre à la structure la différence de pression créée entre leurs deux faces et donc la force de propulsion du dispositif. ) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ensemble du dispositif est enfermé hermétiquement dans un boîtier cylindrique qui est traversé en son centre et selon son axe, par l'arbre d'entraînement de la roue à aubes ainsi que le tube(8) destiné au déplacement latéral de cette roue entre les disques fixes. -7- 6) Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que les parois internes du boîtier servent de déflecteur(3) au fluide mis en mouvement par la roue de manière à ce que, centrifugé par les aubes, le flux soit ramené, par deux lobes symétriques placés au sommet, contre la face extérieure du disque sollicité, puis dirigé dans le cylindre central dont il ressort en heurtant la face interne du second disque en exerçant sur lui une pression positive, ce qui en plus, détourne ce flux des aubes et facilite la cavitation. 7) Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que ce boîtier renferme une cavité importante servant de vase(10) d'expansion destiné a recevoir le volume du 0 fluide centrifugé qui laisse a sa place le vide appelé cavitation. 8) Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que ce vase d'expansion possède une membrane( 1) élastique assurant l'étanchéité du fluide par rapport au gaz ou à l'air atmosphérique se trouvant de l'autre côté et communicant avec l'extérieur ou au contraire maintenu en surpression ou en dépression, ceci en fonction de la faculté du fluide et de la roue à générer une cavitation importante. 9) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la roue à aubes centrifuges à un sens de rotation unique et une vitesse de rotation à peu près constante quel que soit le sens et l'intensité de propulsion engendrée. ) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les faces extérieures des deux disques(1) fixes sont profilées et possèdent deux renflements de manière à recevoir le flux avec la meilleure efficacité pour engendrer une surpression et en même temps faciliter l'écoulement du fluide en retour par le cylindre(9) central.