Brevet FR2788085A1 — publié le 20000707

La présente invention concerne un dispositif de propulsion exploitant la différence de pression entre les deux faces d'une paroi. La dépression est produite par un système de plusieurs roues à aubes centrifuges concentriques, tournant en sens contraire les unes des autres et destinées à centrifuger les molécules du fluide utilisé. Le dispositif proposé jusqu'à présent était constitué d'une seule roue à aubes dont l'efficacité dépendait à la fois de la largeur des aubes, de leur longueur, et de la vitesse de rotation de la roue. En effet l'objectif du dispositif est de chasser perpendiculairement à l'axe de rotation les molécules de fluide avant qu'elles aient eu le temps d'atteindre la surface du flasque situé latéralement. Il en résulte une dépression contre ce flasque alors que sur l'autre face la pression normale continue à s'exercer librement. De cette différence de pression naît une force qui appliquée sur le flasque se transmet à l'arbre en rotation sur lequel il est fixé. L'arbre transmet alors cette force à l'ensemble de la structure du dispositif. Cette force est produite par la pression du fluide qui correspondra pour la majorité des applications à la pression atmosphérique à savoir 10 newtons par cm2. L'objectif du dispositif consiste donc simplement à vectoriser dans une direction déterminée la pression atmosphérique qui normalement s'exerce en tous sens et donc possède une résultante globalement nulle sur l'ensemble de la surface extérieure d'un solide quelle que soit sa forme. Il ne faut donc pas renvoyer les molécules du fluide perpendiculairement à la surface du flasque à protéger sinon la réaction annulerait la force produite et l'effet serait nul. C'est pourquoi les aubes de la roue sont dans le plan de l'axe de rotation donc sans aucune incidence active. C'est uniquement par centrifugation qu'elles agissent. Les molécules du fluide qui pénètrent naturellement d'un côté de la roue seront obligatoirement expulsées radialement, sans réaction longitudinale, par la seule force centrifuge. L'expérience montre que l'énergie à mettre en oeuvre pour entraîner cette roue à aubes centrifuges est très faible au regard de la poussée obtenue sur le flasque. On comprend alors qu'à l'instar des arts martiaux orientaux on utilise l'énergie de l'adversaire pour le vaincre. Cette énergie est celle de l'agitation atomique ou moléculaire, celle qui crée la pression. A ce sujet il est intéressant de se rappeler que dans lcm3 d'air ambiant il y a 20 milliards de milliards de molécules qui se déplacent chacune à environ 450m par seconde ce qui fait d'ailleurs que chacune est l'objet d'un milliard de chocs par seconde et ce dans tous les azimuts. Il s'agit là d'une énergie fabuleuse qui est inépuisable omniprésente, gratuite, non polluante et accessible à tous. Le dispositif selon l'invention permet enfin de l'exploiter positivement. Pour ce faire il est malgré tout nécessaire d'utiliser une énergie de mise en oeuvre même si celle-ci ne représente que très peu par rapport à l'énergie de propulsion. -2- Nous avons vu que la force de propulsion sera d'autant plus importante que la différence de pression entre les deux faces du flasque sera importante et que la surface intéressée sera grande. Voilà pourquoi il est intéressant que le dispositif utilise plusieurs roues à aubes tournant en sens contraire les unes par rapport aux autres. Ainsi à la sortie des aubes (6) du rotor central, les molécules seront placées dans un milieu mobile se déplaçant en sens inverse ce qui fera que leur vitesse relative correspondra à l'addition des deux vitesses de rotation. Ceci évite le retour des molécules dans le rotor et ainsi augmente la dépression donc l'efficacité du système. Ce même principe pourra être répété en cascade par plusieurs niveaux de rotors concentriques. Dans le cas d'un système à deux étages, le dispositif selon l'invention est constitué d'un axe central(5) servant d'arbre d'entraînement sur lequel sont fixées les deux flasques latéraux(20, 21) situés de chaque côté des rotors. Ces deux flasques ne sont pas identiques puisque celui qui subit la différence de pression est le plus grand(20). Son diamètre est légèrement supérieur au diamètre extérieur du rotor périphérique R3. Le deuxième flasque(21) est plus petit, son diamètre est seulement légèrement supérieur au diamètre du moyeu plein(7) du rotor R1. Entre les 2 flasques latéraux, se trouvent les 3 rotors R1, R2, R3. Le rotor R1 (1) est solidaire du petit flasque(21)avant. Le diamètre de son moyeu plein enserrant l'axe central correspond au diamètre de celui de R2 (2). Son diamètre extérieur à l'extrémité des aubes centrifuges correspond à peu près à celui de R3 (3). Les aubes sont placées parallèlement à l'axe sur toute leur largeur. Qu'elles soient rectilignes ou courbes, leur extrémité extérieure est toujours à l'arrière suivant le sens de rotation du rayon correspondant à leur pied sur le moyeu du rotor. Ceci permet un meilleur écoulement du fluide vers l'extérieur. R2 tourne en sens inverse. Son moyeu plein (8) tourne librement sans frottement autour de l'axe central (5) qui le traverse ceci grâce à des roulements(9) ou autre système de bague lubrifiée. R2 est mis en rotation inverse au moyen de 2 pignons(16) (voire plus) dont les axes(17) appartiennent à une couronne fixe qui correspond à la largeur de R3. R3 (3) est un rotor en couronne qui n'a pas de moyeu central. Il est solidaire du grand flasque(20). Son diamètre interne correspond au diamètre périphérique de R2 et son diamètre extérieur correspond à peu près au diamètre périphérique de R1 et du grand flasque. Les deux extrémités des aubes centrifuges appartiennent à deux cylindres(12) résistants, dans l'épaisseur desquels sont usinées les orifices(l 1) permettant le passage des molécules du fluide. En effet les molécules expulsées par R2 sont instantanément " happées " ou " rasées " par les aubes de R3 qui tournent en sens inverse et les expulsent à leur tour à leur périphérie. - 3 Ainsi le fonctionnement de ce dispositif multiétage reste très simple. L'axe central est entraîné par un moteur à la vitesse de rotation la plus rapide que l'équilibrage de la structure le permet. Le fluide pénètre normalement entre les pales(6) du rotor R1(1). Par centrifugation une partie se trouve directement expulsee à la périphérie de R1. Les molécules non expulsées pénètrent alors dans R2 qui tournent en sens inverse. Ceci produit un " cisaillement " du flux qui augmentent l'efficacité du système et permet pour le même effet de réduire la largeur des rotors (leur profondeur suivant l'axe). R2 continue l'effet de centrifugation d'autant que R2 a une vitesse de rotation plus rapide. En effet le système d'entraînement par pignon, avec inversion de sens, confère à R2 la même vitesse périphérique que celle de R3 alors que les couronnes d'engrenages de R3 (15) et R2(14) n'ont pas le même diamètre. Ainsi les molécules de fluide à la sortie de R2 se trouvent dans un milieu dont la vitesse relative correspond à l'addition des 2 vitesses périphériques. Le dispositif profite des avantages de cette vitesse importante sans en subir les inconvénients (balourds, sifflements, etc.) En s'éloignant de la face d'entrée des rotors, la dépression augmente en valeur du simple fait qu'il reste de moins en moins de molécules entre les aubes. Ainsi aux abords de la face interne du grand flasque(20) la dépression est maximum. La différence de pression entre les deux faces de ce flasque crée une poussée perpendiculaire à celui-ci, donc parallèle à l'axe. Cette poussée, transmise par les supports de l'axe d'entraînement(5) est transmise à la structure, elle-même transmise au véhicule que celui- ci soit terrestre, marin, aérien sous-marin et même spatial. Le terme de fluide a été employé plutôt que " air " car il est intéressant d'utiliser un gaz dont les molécules sont plus lourdes que l'air. En effet plus la masse des molécules est importante plus lente est la vitesse de leur déplacement. Cette vitesse va de 1700m/s pour H2 à 450m/s pour 02 et descend à 280m/s pour C12. On obtient donc une " cavitation " à des vitesses inférieures. Il suffira alors d'enfermer le dispositif dans un compartiment clos dans lequel l'air aura été remplacé par le gaz choisi. On pourra même jouer sur la pression afin de bénéficier de la différence de pression maximum sur le flasque(20) sans s'exposer pour autant à d'autres contraintes. Le même concept de dispositif pourra être utilisé dans un liquide o la cavitation sera encore plus facilement obtenue. Le dimensionnement de chaque élément ainsi que les vitesses de rotation seront adaptées en conséquence. Le principe de rotor à dépression multiétage étant défini, le dispositif selon l'invention peut se concevoir avec un nombre de rotors plus important. Ainsi une version encore plus élaborée peut comporter facilement quatre rotors concentriques entraînés par le même axe. Dans cette configuration, le rotor central (1) avec son moyeu plein(7) sera 4- solidaire de l'axe d'entraînement(5) et donc des deux flasques latéraux(20 et 21). L'extrémité des aubes(6) sera gainée par des cylindres(12) traversés par les orifices (13) d'accès et d'échappement des alvéoles. Le deuxième rotor(2) aux cotes parfaitement ajustées tournera autour du premier rotor, séparé de lui par un espace minimum, au moyen de bagues lubrifiées ou de roulements à billes(9) Le troisième rotor(3) est solidaire du grand flasque(20) comme le premier. Il tournera donc dans le même sens, c'est à dire en sens inverse du deuxième. Le quatrième rotor(4) est en fait une couronne périphérique fixe solidaire de la structure. Ses aubes(13) auront la même inclinaison que celles du deuxième rotor. Ainsi les inclinaisons sont croisées entre R1 et R2, R2 et R3, R3 et R4. Comme pour la configuration précédente à trois rotors, le système d'inversion de sens de rotation du deuxième rotor est constitué de pignons(16) dont l'axe fixe(17) appartient aux entretoises (10) de la structure fixe supportant le quatrième rotor. Ces pignons sont en prise avec une couronne à engrenage interne(1 5) appartenant au cylindre(12) de gainage extérieur de R3 et à une couronne à engrenage externe (14) appartenant au cylindre de gainage(12) intérieur de R2. Ces différents niveaux de rotors concentriques augmente la dépression intérieure et améliore le rendement du dispositif. Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente une coupe du dispositif à 3 rotors au niveau de R2 et R3, perpendiculairement à l'arbre(5). La figure 2 représente une coupe selon l'axe du même dispositif à 3 rotors dans son ensemble. La figure 3 représente une coupe de R1 (1), perpendiculaire à l'axe. La figure 4 montre en deux moitiés, la couronne fixe intercalée entre R1 et R3 reliée à la structure par des entretoises (10) et destinée à supporter les pignons (16) d'inversion de sens de rotation de R2 en prise avec les couronnes à engrenages appartenant à R3 (15) et à R2 (14). La figure 5 présente une coupe perpendiculaire à l'arbre (5) du dispositif en configuration à 4 étages à savoir 3 rotors R1, R2, R3 et une couronne périphérique à aubes fixes R4. La figure 6 représente une coupe de ce même dispositif selon l'axe de rotation (5). En référence à ces dessins le dispositif est constitué de plusieurs roues concentriques appelées rotors R1(1), R2(2), R3(3), R4(4) et tournant en sens inverse les uns des autres. - Plusieurs configurations selon le même principe peuvent être envisagées sachant que chaque rotor améliore la dépression au sein du rotor qu'il entoure, en facilitant son " échappement ". Ainsi une configuration à 3 rotors améliore les performances d'un système à rotor unique. Le dispositif est entraîné en rotation par un moteur monté directement sur l'arbre ou bien relié à lui par courroie ou chaîne utilisant poulies ou roues dentées goupillées (19) sur l'arbre. L'arbre (5) d'entraînement sur lequel est monté les rotors est maintenu à la structure par des paliers à billes (9). A son extrémité du côté du petit flasque est installé une butée axiale(18) destinée à transmettre directement la poussée à la structure afin de moins solliciter les roulements (9) des paliers de support. Les différents rotors, compte tenu de leur régularité de structure longitudinale pourront facilement être extrudés en aluminium ou autres matières plastiques appropriées afin de réduire les coûts de production. Le nombre des aubes (6) devrait être le plus important possible (environ 36) ce qui permettra de réduire à la fois la longueur des rotors et leur vitesse de rotation. Les extrémités intérieures et extérieures des aubes appartiennent donc à des cylindres (12) de gainage lisses et parfaitement réguliers afin de limiter les espaces entre rotors tout en évitant les frottements. Les orifices (11) de transfert du fluide d'un rotor à l'autre seront vraisemblablement usinés par fraisage après l'extrusion dans l'épaisseur de ces cylindres de gainage (12) le plus tangentiellement possible afin de faciliter le transfert de fluide d'un rotor à l'autre, et de résister au mieux à la pression extérieure. Des bagues ou des roulements (9) pourront facilement s'intercaler entre les rotors. Le rotor R2 (2) sera maintenu entre les 2 flasques au moyen de butée à billes lui permettant ainsi de tourner en sens inverse sans frottement en aucun point. Dans la configuration à 3 rotors, le rotor R1 est placé devant R2 et R3. De ce fait R2 possède un moyeu plein (8) directement autour de l'arbre d'entraînement. Les axes (17) des pignons(16) d'inversion de sens de rotation de R2 appartiennent à une couronne fixe qui sépare R1 de R3. Cette couronne possède une ceinture (22) de recouvrement de la liaison recouvrant légèrement R1 et R3 afin d'éviter une entrée 0 d'air de par la périphérie au niveau de cette liaison. Dans la configuration à 4 rotors, le rotor R1 est le rotor central à moyeu plein (7) solidaire de l'arbre d'entraînement (5). Il est enveloppé par R2 qui tourne en sens inverse puis par R3. Le rotor R4 est fixe et solidaire de la structure. Sur ses entretoises(10) de maintien, sont fixés les axes(17) des pignons d'inversion (16) de sens de rotation de R2. Il est bien évident que pour limiter le flux entrant entre les aubes (6) des rotors, un grand rotor supplémentaire peut être placé devant la face - 6 ouverte des rotors R1, R2, R3, R4 pour assurer le rôle que joue R1 dans la configuration à 3 rotors. De la même manière un rotor fixe peut être installé autour de R3 avec des aubes inclinées en sens inverse bien sûr, dans la configuration à 3 rotors. L'optimisation de ces différentes configurations se fera en fonction des adaptations aux fluides choisis et aux conditions d'utilisation de ces dispositifs. Ceux ci seront exploités soit à l'air libre et à la pression atmosphérique normale soit en enceinte close remplie de fluide divers et ce à des pressions variables indifférentes au principe selon l'invention. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la propulsion de véhicules qu'ils soient terrestres, aériens, marins, sous-marins et même spatiaux. - 7 - REVENDICATIONS 1) Dispositif de propulsion par cavitation caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs étages de roues à aubes centrifuges concentriques, tournant en sens inverse les unes des autres afin d'augmenter la dépression intérieure. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les roues à aubes des rotors R1 et R3 sont solidaires des flasques latéraux(20 et 21) et directement maintenus et entraînés par eux donc tournant dans le même sens. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la roue à aubes du rotor R2 tourne en sens inverse de R1 et R3 et donc de l'axe d'entraînement central (5) du dispositif. 4) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'entraînement en sens inverse du rotor R2 est le fait de pignons(16) dont l'axe(17) est maintenu fixe par rapport à la structure de l'ensemble du dispositif de manière à ce que, en tournant sur leur axe, ces pignons en prise à la fois avec une couronne à engrenage inteme(15) appartenant à R3 et à une couronne à engrenage externe(14) appartenant à R2, le sens de rotation de ces deux rotors se trouve inversé l'un par rapport à l'autre tout en ayant une vitesse périphérique des deux couronnes identique. ) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que les pignons(16) inversant le sens de rotation de R2 par rapport à R3, en leur conférant une vitesse périphérique identique, donnent au rotor R2 une vitesse de rotation supérieure du fait de son plus faible diamètre. 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'inclinaison des aubes(6) par rapport au rayon de ces rotors (R1, R2, R3 et R4) est telle que l'extrémité extérieure des aubes est en retard par rapport au sens de rotation ce qui fait que les inclinaisons sont croisées entre R1 et R2, R2 et R3, R3 et R4. 2 5 7) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que, dans la configuration à trois rotors, R1 est placé devant la face ouverte du dispositif. Fixé directement sur l'arbre central d'entraînement et maintenu par le petit flasque latéral(21), il tourne dans le même sens que l'arbre(5) donc, a le même sens que R3 c'est-à-dire le sens inverse de R2, ce qui crée un cisaillement du flux au passage de R1 à R2. 8) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que les axes(17) des pignons d'inversion(16) de sens de rotation appartiennent à la structure fixe, c'est à dire à une ceinture (22) circulaire qui sépare les rotors R1 de R3 et évite une entrée d'air périphérique qui serait préjudiciable au meilleur rendement du dispositif dans la -8configuration à trois rotors et aux entretoises(10) de maintien du rotor R4 dans la configuration à quatre rotors. 9) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la périphérie des différents rotors, c'est à dire l'extrémité interne et externe des aubes, est gainée par des cylindres(12) dans l'épaisseur desquels sont usinés des orifices(11) sous l'angle le plus tangentiel possible de manière à faciliter au mieux le transfert périphérique des molécules du fluide d'un rotor à l'autre, en augmentant la dépression et en résistant le mieux possible à la pression extérieure au niveau de la périphérie du rotor extérieur.