Brevet FR2811721A1 — publié le 20020118

- 1 - La présente invention concerne un propulseur par balourd latéral de fluide centrifugé, au sein d'une enceinte close sous pression, au moyen d'un rotor de centrifugation particulier dont les cloisons internes subissent une différence de pression importante entre leurs deux faces perpendiculaires à l'axe de rotation. De ce déséquilibre naît une poussée axiale qui est transmise à la structure et qui fait que ce propulseur est indépendant du milieu extérieur. Aujourd'hui encore, les dispositifs de propulsion interne sont contrariants pour l'esprit jusqu'a ce que l'on ait vu une démonstration indiscutable et que le démontage du mécanisme montre qu'il ne s'agit pas de magie. Il est vrai que l'on enseigne dans toutes les écoles que c'est impossible. Il existe pourtant depuis quelques années plusieurs mécanismes exploitant des rotors centrifugeant un fluide, qui permettent de générer une force de propulsion depuis l'intérieur d'une enceinte close et généralement sous pression. Les forces centrifuges générées par la rotation des rotors créent une dynamique qui est totalement différente de celle exploitée par les hélices, les pales de réacteurs ou les tuyères de moteurs fusées. En effet toutes ces technologies exploitent un flux monodirectionnel, parallèle à l'axe de rotation et confondu avec la poussée du propulseur. Pour les pales, tranchant et 1 5 générant ce flux axial, c'est la différence de pression entre leurs deux faces qui produit la poussée. Pour les tuyères, du fait de l'orifice de sortie, c'est la dissymétrie des surfaces subissant la pression qui crée la poussée. La vitesse et l'intensité d'éjection mettent en évidence l'importance de " l'appui " en sens inverse que l'éjection à représenté. C'est le principe action réaction que tout le monde connait. L'inconvénient majeur de ce flux axial, c'est qu'on ne peut plus enfermer le système puisque la cloison " arrière " de l'enveloppe, donc faisant face au flux, rétablirait la symétrie des surfaces soumises à la pression et la résultante serait nulle. Le problème est totalement différent si l'on génère et exploite un flux centrifuge qui est neutre par rapport au principe action / réaction puisque les forces mises en oeuvre s'annulent entre elles au niveau de l'axe de rotation. Il ne reste plus qu'à trouver comment exploiter positivement ce flux centrifuge et les conséquences de cette dynamique, en particulier les différences de pression qui s'établissent sur les différentes surfaces internes. Selon la conception et l'architecture interne du propulseur on pourra obtenir une force propulsive plus ou moins efficace, réversible ou non, d'intensité variable ou non, orientable ou non. Le dispositif selon l'invention est simple dans sa conception, efficace, et ne pose pas de problèmes techniques particuliers de réalisation mais il a pour inconvénient majeur, dans sa version présente, de générer une poussée non réversible et non modulable en intensité si ce n'est en faisant varier la vitesse de rotation du rotor. Ce propulseur comporte un rotor centrifuge particulier tournant rapidement au centre d'une enceinte cylindrique close, contenant un fluide sous pression. -2 - Ce rotor est constitué d'une suite plus ou moins importante d'éléments identiques, des coupelles(1) séparées entre elles par des ailettes radiales(10) divisant l'espace intermédiaire en alvéoles(12) de profil particulier. L'axe de ce rotor est entouré d'un espace annulaire important qui permet la libre circulation du fluide sous pression. Ainsi à la base des alvéoles se trouve le moyeu(3) du rotor qui est un tube creux supportant les coupelles et leur servant d'axe de rotation. Ce tube est constitué de sections pleines(7) et de sections possédant des lumières(5) permettant au fluide de pénétrer dans les alvéoles. Ce rotor est entouré par un manchon extracteur(6) facilitant l'échappement du fluide centrifugé à la sortie des alvéoles. Ce manchon est constitué de pales(15) droites ou courbes, inclinées dans le sens de rotation par rapport au rayon et parallèles à l'axe de rotation sur toute leur longueur. Aux 2 extrémités du rotor centrifuge, deux joues(2) creuses sont adjointes aux deux coupelles d'extrémité de manière à faciliter l'écoulement du fluide et son retour par le moyeu creux(3). Le principe de fonctionnement de ce propulseur est extrêmement simple: Le fluide sous pression se trouvant dans le moyeu central creux du rotor en rotation rapide pénètre dans les alvéoles(12) par les lumières(5) du tube axial. Bloqué dans ces alvéoles, le fluide est centrifugé et donc violemment chassé vers l'extrémité périphérique. Compte tenu de la forme particulière des alvéoles et de l'obliquité à 45 des parois des coupelles par rapport au plan perpendiculaire à l'axe, le passage du fluide va créer une surpression sur face intérieure d'une coupelle et une dépression sur la face extérieure de l'autre. Cette dépression est 2 O augmentée par le fait que cette face extérieure est " protégée " du flux par la section pleine(7) du tube central puisque les ouvertures(5) se trouvent déportées au ras de la face opposée, celle de la coupelle suivante. Différents profils peuvent être utilisés avec des incidences différentes et ce en fonction du fluide exploité, en fonction de sa pression, des vitesses de rotation du rotor, etc. En périphérie, à la sortie des alvéoles le flux s'échappe perpendiculairement à l'axe de rotation du rotor 2 5 et pénètre dans le manchon extracteur qui facilite son écoulement régulier dans l'espace annulaire(14) entourant cet ensemble. Le flux en rotation dans cet espace s'évacue de chaque côté et retoumrne dans le moyeu central par les extrémités pour être centrifugé à nouveau. De la différence de pression qui s'établit entre les deux faces des coupelles, naît une poussée qui est transmise à l'ensemble du dispositif par l'axe de rotation. Cet axe devra donc être équipé d'un dispositif de roulement (ou bague) 3 0 de butée axiale, efficace et correctement lubrifié. A partir de ce principe, l'expérience a démontré qu'il était intéressant d'augmenter la pression du fluide dans l'enceinte et d'exploiter le rotor centrifuge davantage pour mettre en dépression les faces extérieures (avant) des coupelles que pour mettre en surpression leur face intérieure (arrière). En effet plus on limite le flux (section des orifices(5) du moyeu central) moins la rotation du rotor centrifuge 3 5 nécessite de puissance. On pourrait être amené à penser que la forme conique produisant un -3 - déplacement systématique du fluide vers l'arrière du propulseur lors de la centrifugation donc du passage dans les alvéoles, impose évidemment un déplacement global vers l'avant en retournant dans le moyeu creux et que ces deux déplacements se compensent et annulent partiellement l'effet de poussée. Or l'expérience prouve qu'il n'en est rien. En effet le flux n'est plus le même et l'agitation moléculaire du fluide en rotation dans l'espace annulaire autour du rotor absorbe totalement l'énergie de ce déplacement vers l'avant qui de ce fait reste sans effet suffisant pour s'opposer à la force de poussee. Il en serait tout autrement si le rotor interne était conçu pour propulser le fluide vers l'arrière tel un compresseur de réacteur d'avion dont l'objectif est de créer un flux axial. La différence entre ces deux 1o concepts est heureusement évidente. On peut alors comprendre que si on a la même poussée (action) par différence de pression sur les cloisons du rotor, et que l'on n'a pas du tout le même type de réaction (de la structure au flux propulsé radialement), c'est certainement que le bilan global des 2 concepts ne donne pas le même résultat... On obtient une poussée importante vers l'avant sans réaction négative vers l'arrière alors que le dispositif est entièrement clos. Rien ne va donc à l'encontre des principes de la physique qui permettent d'expliquer parfaitement les bases de ce concept de propulsion interne. La poussée de ce propulseur sera donc fonction de la différence de pression exercée entre les faces des coupelles, fonction de leur surface " normale " (surface projetée sur un plan perpendiculaire à l'axe de rotation) et enfin au nombre de coupelles (moins 1) utilisées dans la conception du rotor. On constate que la poussée de ce propulseur peut monter très facilement à plusieurs tonnes. Le moteur nécessaire à la mise en rotation de ce rotor sera choisi en fonction de la puissance nécessaire mais aussi en fonction du milieu dans lequel ce propulseur sera utilise. Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente une coupe selon l'axe central, de l'ensemble du propulseur. 2 5 La figure 2 représente une coupelle(l) en perspective montée sur une section pleine(7) du moyeu(3) creux central. La figure 3 montre la cloison radiale s'intercalant entre deux coupelles et constituant les alvéoles(l 2). La figure 4 montre une coupe perpendiculaire à l'axe du rotor de centrifugation au niveau des alvéoles, avec autour, le manchon extracteur(6). La figure 5 représente une coupe du moyeu creux avec les entretoises(9) liant le rotor à son axe d'entraînement en rotation(4). Les figures 2, 3, 4, 5, sont à une échelle 2 / 3 de celle de la figure 1 La figure 6 représente plusieurs types de profils de parois de coupelles. En référence à ces dessins, ce propulseur est constitué d'un rotor de centrifugation de type 3 5 particulier entouré d'un manchon extracteur(6), enfermé dans une enceinte cylindrique(8) emplie d'un 44- fluide sous pression. Le rotor est entraîné en rotation rapide par un moteur de nature indépendante du principe de propulsion. Ce rotor est constitué par une succession d'éléments identiques, des sortes de coupelles(l) au profil très particulier séparé par des ailettes radiales(10) constituant des alveoles(12) centrifuges. Aux deux extrémités du rotor, des déflecteurs(2) creux sont adjoints aux deux coupelles d'extrémité afin d 'améliorer la circulation du fluide et de faciliter son retour dans le moyeu(3) creux du rotor. Les coupelles(1) sont des flasques en couronne dont le centre est creux de manière à se fixer sur le tube central constituant le moyeu creux du rotor. Leur profil selon la version présentée, comporte une première partie perpendiculaire à l'axe correspondant à l'entrée de l'alvéole puis une partie oblique à 45 par rapport au plan perpendiculaire à l'axe, puis une troisième partie à nouveau perpendiculaire à ce même plan permettant l'échappement de l'alvéole perpendiculairement à l'axe. Les ailettes radiales(10) constituant les parois latérales des alvéoles pourront être moulées, usinées ou fixées, soit sur la face intérieure des coupelles, soit sur leur face extérieure en épousant parfaitement leur profil. Suivant les dimensions du propulseur et son mode de réalisation les ailettes constituant les parois latérales des alvéoles pourront être parallèles à l'axe ou en légère oblique afin de mieux conduire le flux contre la paroi interne ce qui donne une section trapézoïidale à l'alvéole au lieu de rectangulaire. Les alvéoles étant radiales, leur section de base sur le tube central est évidemment plus petite que leur section périphérique. De plus. afin de faciliter la dépression sur la face extérieure (avant) de la coupelle, les ouvertures(5) permettant au fluide de pénétrer dans les alvéoles, sont décalées près du pied de la face intérieure. Une bague(13) servant de déflecteur en bordure arrière des orifices(5) pourra être utilisée pour améliorer le flux contre la face intérieure et l'éloigner de l'autre face dès son introduction dans l'alvéole. L'effet de centrifugation assurant la suite de mise en dépression de cette face extérieure (avant). Ainsi malgré la pression du fluide à l'intérieur de l'enceinte cylindrique close (plusieurs bars) la dépression 2 5 contre ces faces est importante. De ce fait la différence de pression entre les 2 faces d'une même coupelle est elle-même importante. De cette différence naît la poussée de ce propulseur. Ce propulseur exploite les conséquences connues, redoutées donc évitées par les fabricants de pompes centrifuges et qui est le phénomène de cavitation. Ce propulseur est une pompe conçue pour être complètement inefficace en tant que pompe puisqu'elle ne doit surtout rien pomper positivement. De ce fait elle cavite et est conçue pour caviter. Le choix des matériaux sera évidemment fait en conséquence et en connaissance de cause. Du fait que ce type de propulseur exploite davantage une dépression qu'il crée à partir d'une centrifugation qu'une surpression, permet plus facilement aux esprits moins pointus de comprendre comment on peut obtenir une poussée interne et échapper aux phénomènes action/réaction 3 5 traditionnels qui ici ne s'appliquent pas de la même manière puisque l'on exploite un flux radial - 5 - perpendiculaire à l'axe et non pas un flux parallèle à l'axe. De plus, ce flux est d'autant plus réduit que l'on choisit de privilégier la dépression sur la face externe des coupelles en diminuant la section d'ouverture des lumires(5) du moyeu(3) à la base des alvéoles(1 2). Dans ce système plus simple que les précédents, ont voit plus facilement peut-être que la centrifugation génère surtout une dépression qui est source de déséquilibre donc de poussée. Il est alors plus facile de comprendre qu'une dépression créée, entretenue puis annulée à la sortie des alvéoles par la centrifugation ne peut pas avoir d'effet s'opposant en sortie à la poussée créée précédemment comme le ferait un flux d'éjection de réacteur dans une enceinte close. Le concept de ce propulseur est simplement de créer une dépression par centrifugation de manière déséquilibrée. Une sorte de " balourd " latéral du fluide en rotation. Du fait de son obliquité la paroi de la coupelle réagit contre le flux de fluide que la centrifugation dirige dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation. Le tube central sert donc de moyeu creux, autour de l'axe(4) d'entraînement en rotation du rotor, d'axe d'assemblage de la succession de coupelles à alvéoles et des joues d'extrémité. Il sert aussi à la circulation centrale du fluide et à sa répartition à la base des alvéoles. Ce tube est relié à l'axe d'entraînement du moteur par des entretoises(9) permettant la circulation du fluide. Cet axe de rotation est maintenu à chaque extrémité au centre de l'enceinte cylindrique. Compte tenu du fait que ce sont les coupeiles(1) qui subissent la différence de pression creéée par l'écoulement centrifuge du fluide donc qui subissent la poussée et que leur support est l'axe(4), cet axe devra être équipé d'un dispositif de butée axiale efficace correctement lubrifié (roulement conique, bague, etc.) C'est cette liaison qui transmettra la poussée à la structure de l'enceinte. Or cette poussée est proportionnelle à la différence de pression et à la surface (Normale) soumise à cette différence de pression. Cette surface dépendra donc des dimensions des coupelles et de leur nombre. 2 5 Le manchon(6) extracteur cylindrique est constitué de pales(15) parallèles à l'axe, droites ou courbes semi tangentielles inclinées vers l'avant par rapport au rayon de manière à recevoir le fluide centrifugé à la sortie des alvéoles(12) et, du fait de leur fixité par rapport au rotor, de l'excentrer encore, alors qu'il a tendance à suivre la rotation du rotor puisque canalisé par l'espace annulaire(14) entourant ce manchon. Les ailettes de ce manchon cylindrique sont maintenues aux deux extrémités par des flasques(11) en couronne lesquels sont maintenus par la structure de l'enceinte(8) au moyen d'entretoises(9) permettant la libre circulation du fluide. Ce manchon extracteur cylindrique enserre donc de manière très précise le rotor centrifuge sur toute sa longueur. A chaque extrémité le rotor est équipé de joues(2) creuses fixées sur les coupelles d'extrémité. Leur forme sera étudiée de manière à permettre le meilleur écoulement possible du fluide en rotation de -6 - l'espace annulaire(14) situé en périphérie du manchon jusqu'au moyeu(3) central. La forme de ces " joues " sera étudiée avec celle de l'enceinte extérieure du propulseur qui contribue à la même fonction. L'enceinte extérieure(8) assure aussi la solidité de la structure, le transfert de la poussée au véhicule, le support de l'axe du rotor, la liaison avec le moteur d'entraînement en rotation du rotor, la résistance et l'étanchéité à la pression du fluide interne. Cette enceinte supportera enfin les organes auxiliaires tels que vase d'expansion acceptant la dilatation du fluide du fait de son échauffement par brassage, les différents manomètres, thermomètres et autres appareils de contrôle et de sécurité (soupape, vanne de remplissage, etc. etc.) et certainement le dispositif de refroidissement du fluide. Le fluide utilisé pourra être liquide ou gazeux en fonction des applications et des facilités d'exploitation. Les gaz lourds semblent actuellement convenir parfaitement. A titre d'exemple imaginons un propulseur constitué de 7 coupelles(1) et leurs pales(10) en alliage d'aluminium moulé ayant un moyeu central creux(3) d'un diamètre de 20cm; le diamètre extérieur des coupelles donc du rotor serait de 50cm. La pression interne 4 bars. Vitesse de rotation 14 00Otr/mn voire plus si on accepte une rotation supersonique. Pression moyenne sur la face " avant " des coupelles 4 bars. Pression moyenne sur les faces " arrière " des coupelles 1 bar. Surface efficace des coupelles soumises à la différence de pression de 3 bars: 1649 cm2 x 6 = 9896 cn2 Poussée du propulseur: 9896 x 3 (bars) = 29 688 kgf soit un peu moins de 30 tonnes. Même si ces chiffres sont théoriques et non encore été validés par l'expérience à ce niveau de puissance, ils permettent d'envisager l'immense champ d'application réservé à ce type de propulseur du fait de ces possibilités. Toutefois, si l'on accepte de perdre les avantages d'exploiter ce dispositif en enceinte close sous pression et de ne plus bénéficier d'une différence de pression importante, on peut l'utiliser en milieu ouvert. Il faudra malgré tout, prévoir une protection cylindrique autour du rotor en rotation rapide. Le 2 5 concept de poussée reste le même et le rotor peut rester inchangé. Le propulseur selon l'invention est particulièrement destiné à la propulsion de tous types de véhicules, quel que soit leur domaine de navigation: spatial, aérien, marin, sous-marin, terrestre, etc. 7 - REVENDICATIONS 1) Propulseur par pression latérale de fluide centrifugé caractérisé en ce qu'il comporte un rotor constitué d'une succession de coupelles(1) identiques séparées entre elles par des alvéoles(12) radiales obliques destinées à centrifuger un fluide sous pression contenu dans une enceinte(8) cylindrique close. 2) Propulseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ces coupelles(l) sont des flasques en couronne dont le profil particulier comporte une première partie perpendiculaire à l'axe puis une deuxième partie oblique inclinée par rapport au plan perpendiculaire à l'axe(4) puis une troisième couronne à nouveau perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor. 3) Propulseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les alvéoles(12) séparant les coupelles entre elles sont constituées par des ailettes(10) radiales montées, usinées, ou fixées sur l'une des faces de chaque coupelle en épousant parfaitement leur profil. Selon que ces ailettes sont perpendiculaires ou obliques par rapport à la surface de la coupelle, la section des alvéoles sera rectangulaire ou trapézoïdale. 4) Propulseur selon la revendication 2 caractérisé en ce que le profil particulier des 1 5 alvéoles(12) traversées par le fluide centrifugé crée une surpression sur la face interne " arrière " des coupelles(l) et une dépression importante sur la face externe " avant " des coupelles. C'est de cette différence de pression exercée sur chaque coupelle que naît la poussée. ) Propulseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ensemble des coupelles composant le rotor est maintenu par un tube central constituant son moyeu(3) creux de support et d'entraînement en rotation tout en permettant la circulation centrale du fluide. 6) Propulseur selon la revendication 5 caractérisé en ce que le tube central(3) comporte des sections pleines(7) et des sections comportant les lumières(5) situées au raz de la face interne " arrière " des coupelles, lumières permettant au fluide de pénétrer dans les alvéoles. 7) Propulseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la force de propulsion créée par différence de pression entre les 2 faces de chaque coupelle est proportionnelle à l'importance de cette différence, à la surface Normale exposée et donc au nombre de coupelles et est transmise à la structure au moyen de l'axe(4) de rotation ce qui impose l'utilisation d'une butée axiale efficace et parfaitement lubrifiée. 8) Propulseur selon la revendication 1 caractérisée en ce que le rotor centrifuge est entouré sur 3 0 toute sa longueur par un manchon(6) cylindrique d'extraction parfaitement ajusté, constitué d'ailettes(15) droites ou courbes semi tangentielles inclinées vers l'avant, parallèles à l'axe de rotation, maintenues à leurs extrémités par des flasques(1 1) en couronne eux-mêmes maintenus solidement _ 8 _ 2811721 autour du rotor par des entretoises(9) les reliant à la structure de l'enceinte(8) tout en laissant la libre circulation au fluide sous pression. 9) Propulseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les extrémités du rotor centrifuge comporte des joues creuses(2) de profil particulier fixées sur les coupelles d'extrémités, destinées à permettre le meilleur écoulement possible du fluide en rotation de l'espace annulaire(14) situé en périphérie du manchon jusqu'au moyeu central(3). ) Propulseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'enceinte(8) extérieure cylindrique contribue par sa forme à faciliter l'écoulement du fluide, assure la solidité de la structure, le transfert de la poussée, le support de l'axe(4) de rotation du rotor, la liaison avec le moteur d'entraînement en rotation du rotor, la résistance et l'étanchéité à la pression du fluide interne, le support des organes auxiliaires.