Brevet FR2823798A1 — publié le 20021025

chambre de combustion avec le carburant injecté. - 1 La présente invention conceme un propuiseur, par centrifugation de fluide dans un double empilement de couronnes coniques alvéolées, dont la poussée est modulable et réversible par le simple coulissement d'un tube obturateur dans le moyeu central de distribution du fluide. Le principe de génération d'une poussée par centrifugation d'un fluide dans un empilement de couronnes coniques fut breveté il y a quelques mois par le même auteur. Dans un deuxième temps, le dispositif exploita directement les gaz d'échappement de la turbomachine destinée à sa mise en rotation et sa structure fut également brevetée. La poussée générée pouvait être importante, mais elie n'était pas réversible. Le propuiseur selon l'invention permet de remédier à cet inconvénient en lui ouvrant l'accès à de nouvelles applications. Il comporte en eflet deux empilements de flasques en couronnes coniques(2) assemblés en sens opposé sur le méme axe(4) et solidaires entre eux. Ces deux empilements génèrent donc des poussées en sens opposé dont la résultante est nulle lorsque les deux systèmes sont exploités. C'est pourquoi un tube d'obturation(7) coulissant dans le moyeu central de distribution vient obturer les entrées de fluide de l'un ou l'autre système. Celui qui n'est pas alimenté en fluide est neutralisé et ne génère plus aucune poussée. Seul l'autre est actif et sa poussoe effficace. Le coulissement du tube obturateur(7) est actionné facilement depuis l'extérieur puisque aucune force ne s'oppose à son déplacement, quelle que soit le sens et l'intensité de la poussce générée. Cet ensemble double est en rotation rapide, entrané par un moteur(11) indépendant et de nature indifférente au principe. Cet ensemble peut être exploité en milieu ouvert ce qui génère un sifllement et un souffle périphérique important dont il faut de toute manière se protéper. Ii peut plus avantageusement être enfermé dans une enccinte close dont la forme extérieure favorisera la circulation du fluide centrifugé perpendiculairement à l'axe(4) de rotation et donc le ramènera dans le moyeu central à ses deux extrémités (ce qui évidemment ne modifie pas la poussée généree sur l'empilement des coupelles coniques). L'exploitation en milieu fermé offre en plus l'avantage de pouvoir utiliser un gaz dmérent de l'air amblant et ce 2 5 à une pression diflérente! généralement supérieure. Dans les deux cas, un manchon extracteur() cylindrique fixe entoure l'ensemble du rotor. Il est constitué de pales parallèles à l'axe dont l'incidence par rapport au rayon permet d'éloigner du rotor les molécules centrifugées et de lui éviter un " frottement " latéral important sur le fluide extérieur. Ce manchon extracteur est maintenu à la structure(10) par des entretoises(6) profilées gênant le moins possible la circulation du fluide. Suivant les applications et les matériaux utilisés pour la réalisation de cet ensemble propuiseur les deux empilements de cônes pourront être assemblés soit au niveau de leur tête soit au niveau de leur base c'est-à- dire en se repoussant l'un l'autre soit s'écartant l'un de l'autre. Ce choix de montage a pour seule conséquence la gestion du coulissement du tube obturateur(7) central qui, suivant sa longueur et sa position pourra obturer les empitements propulseurs différemment. 3 5 Dans le cas d'un montage uni par la tête, le tube obture soit tout l'un, soit tout l'autre soit partiellement les deux à la fois. Dans le cas d'un montage uni par la base le tube peut obturer suivant sa longueur soH tout l'un soit tout l'autre soit ni l'un ni l'autre s'il est placé en partie centraie intermédiaire. La première option offre l'avantage d'être plus économe en énergie puisqu'en obturant les entrées des ensembles d'empilements ceux-ci toument dans ie vide sans avoir à centfifuger du fluide. D'autre part les couronnes coniques(2) des empilements ne subissent plus aucune différence de pression entre leurs deux f es puisque c'est bien le fluide centfifugé donc chassé perpendiculairement à l'axe qui crée une surpression sous l'intrados des faces coniques et une dépression sous l'extrados de ces faces coniques,... En complément de la technologie précèdemment brevetée, le propulseur selon la présente invention pourra bien entendu être alimenté dans son moyeu central par les gaz d'échappement de la turbomachine destinée à sa mise en rotation c'est-a-dire avec une enveloppe périphérique(13) laissant s'échapper à l'extérieur les gaz d'échappement centrifugés. Les dessins annexés illustrent i'invention: La figure 1 représente une coupe selon l'axe(4) central de l'ensemble du dispositif et en particulier du rotor constitué des deux systèmes d'empilements de flasques(2) en couronnes coniques alvéolés assemblés avec les sommets des cônes posHionnés vers la partie centrale donc en opposition de poussée et les bases des cônes vers les extrémités. La structure est représentée en version close permettant d'utiliser un fluide sous pression autre que i'air amblant. Ii est toutefois facile de l'imaginer en version ouverte en suppfimant I'enveloppe extérieure autour de la sortie périphérique du rotor. La figure 2 représente une vue en perspective de deux éléments de flasques en couronnes coniques avec les 2 o cloisons(14) latéraies des alvéoles(1) séparant les flasques(2). La figure 3 représente unecoupe selon l'axe central de l'ensemble du propuiseur avec les deux systèmes d'empilements de flasques en couronnes coniques assemblés avec les sommets des cônes positionnces vers les extrémités du rotor et les bases des cônes vers la partie centrale. La s, tructure est représentée en version close. Pour une version ouverte, il suffira d'éliminer la partie de i'enveloppe(13) dessinee en pointillée et de la 2 5 rem placer d ans la réal ité par des entretoises maintenant solidement les deux extrémités de la structure de l'ensemble de ce propulseur. En référence à ces dessins, le propuiseur comporte deux empilements symétriques de flasques coniques(2) laissant place au centre à un iarge moyeu creux pemmeKant la libre circulation du fluide à centrifuger. Les flasques coniques sont séparés entre eux par des cloisons(14) radiales ou courbes s'élevant perpendiculairement à la surface de ces flasques créant ainsi des alveoles(1) radiaux générant la centrifugation du fluide. A l'entrce de chaque alvéole(1) est instailé un déflecteur(3) destiné à resserrer le flux de fluide contre la face inférieure du flasque conique c'est-à-dire contre l'intrados. Du fait de la vitesse de rotation importante, la force centrifuge perpendiculaire à l'axe de rotation va plaquer le flux du fluide contre cet intrados compte tenu de son obliquité (environ 45 ) jusqu'à ce que ce flux s'échappe en périphérie aprés avoir créé une surpression sur cet intrados. Inversement le flux plaqué sous l'intrados ne pourra pas " toucher " i'extrados du flasque inférieur qui de ce fait sera soumis à une importante dépression. Ainsi chaque flasque(2) sera soumis à une importante différence de pression entre ses deux faces. Il est important - 3 de souligner le fait que l'écoulement du flux contre l'intrados n'obéit pas aux lois classiques de l'aérodynamique puisque la centrHugation rapide soumet les molécules de fluide à une accélération y ( = w2 R) trés importante. Cet élément confére au concept de cette technologie une de ses principales originalités. L'importance de ce facteur, perrnet de comprendre pourquoi il est possible d'obtenir une dépression aussi importante sur l'extrados de chaque flasque conique. Dans ce contexte de centrifugaffon rapide, ces flasques coniques ne sont plus de simples déflecteurs de flux. Ceci explique pourquoi en périphérie, le flux s'échappe perpendiculairement à l'axe et non pas dans la direction du prolongement de la pente du flasque conique. Ce deuxième niveau d'explication permet de comprendre pourquoi il est possible de ramener ce flux centrifugé aux deux extrémités du moyeu central sans crcer de poussée réactive dans le cas d'une exploitation en enceinte close. Ainsi toute confusion avec d'autres systèmes de propuision inexploitables en encointe close est désormais impossible et force est de constater que les lois élémentaires de la physique sont parfaitement respectées. Cette différence de pression se traduira par une poussée proportionnelle à la dmérence de pression et à la surface (en projection perpendiculaire à l'axe) soumise à cette différence de pression. Le phénomène se répétant pour chaque flasque, la poussée globale correspondra à la somme des poussées exercees sur les flasques. Suivant les dimensions de ce propuiseur et le nombre d'éléments de flasques coniques exploités, on s'aperçoit que l'on peut atteindre trés vite plusieurs dizaines de tonnes de poussée. Pour obtenir une poussée réversible, puisque l'on ne peut pas modifier l'angle du cône des flasques et encore moins l'inverser, il faut installer deux ensembles en sens inverse et alimenter en fluide soit l'un soit l'autre Cet assemblage peut se faire de deux manières: soit avec les sommets des cones vers le milieu de l 'ensem ble et le u rs bases vers les extrémités, soit avec les so mmets des cones vers les extrémités et leu rs bases vers le milieu de l'ensemble. Cela n'a aucune conséquence SUf la poussoe. L'assemblage par ies bases permet de réduire ie volume de l'enveloppe(13) extérieure. L'assemblage par les sommets des cônes permet de réduire la course ou la longueur du tube d'obturation des entrées des alvéoles. 2 5 Les alvéoles(1) sont tous identiques. Ils comportent une partie perpendiculaire à l'axe(4), c'est l'entrée pour le fluide à partir du moyeu central. Cette partie ne produit pas de poussée mais elle contribue à la mise en rotation rapide du fluide. Dans cette première partie se trouve le déflecteur(3) qui est destiné à resserrer le flux contre l'intrados du flasque oblique. La deuxième partie est constituée par l'espace situé entre ies flasques obliques dont la pente est d'environ 45 . C'est la que se génère la poussoe compte tenu du fait que le flux sous l'effet de ia force centrifuge importante est plaqué contre l'intrados du flasque supérieur créant une surpression, et complètement décollé de l'extrados de l'autre flasque créant une importante dépression. Lorsque les alvëoles sont obturés à ieur entrée par le tube obturateur(7), il n'y a plus de fluide pour maintenir cette différence de pression. Les deux faces des flasques sont en dépression puisque le fluide aura été expulsé par centrifugation. La poussee devient donc nulle pour les alvéoles obturés. La mise en rotation est générée par un moteur(l1) extérieur de nature indépendante du principe qui peut toumer toujours dans le rnéme sens et même toujours à la même vitesse quelle que soit l'intensité de la poussée désirée et son sens. - 4 En effet la réversibilité et modularité de l'intensité de la poussée s'obtiennent par le simple coulissement du tube(7) central qui vient obturer lientrée des alvéoles intertlasques de l'un et l'autre système. Ce coulissement d'une extrémité à l'autre du rotor est man_uvré par un bo^tier extérieur(12) qui agit directement sur l'axe(8) de support du tube obturateur. La liaison entre l'axe(8) et le tube(7) est assurée par des entretoises(6) qui permettent la circulabon du fluide à l'intérieur du tube. Le diamètre extérieur de ce tube correspondra au diamètre intérieur du moyeu creux des flasques en couronne. La circulation du fluide symbolisée par des flèches sur les schémas impose à l'ensemble du rotor du propuiseur comprenant les deux systèmes inversés d'être maintenu autour de son axe central par des entretoises(6) solides permettant la pénétration du fluide dans le moyeu central creux de distribution. Ces entretoises(6) étant placées dans le flux du fluide, elles devront être profilées de manière à ne pas obstruer ce flux; toutefois on peut constater que leur sens de rotation est évidemment celui du rotor et du fluide centrifugé ce qui réduit la gène. Du côté du moteur(11) ces entretoises sont fixées sur l'arbre(4) moteur d'entrâmement. De l'autre côté ces entretoises prennent appui sur la structure(10) par une couronne (avec roulement à billes et butée axiale(9)) qui laisse coulisser en son centre, I'axe(8) de support et de man_uvre du tube central d'obturation(7) des aivéoies. La position du tube pourra ainsi être pilotée facilement depuis l'extérieur par le bo'^tier de pilotage(12). Lorsque le tube(7) sera en position centrale la poussoe sera nulle, puis selon que l'on poussera ou tirera, la poussce du système non obturé, donc alimenté en fluide, se fera progressivement ressentir dans le sens du 2 0 sommet de ses cônes. La man_uvre inverse produira l'effet inverse. La poussée étant proportionnelle à la surface soumise à la dépression, il est évident que si le nombre de flasques est plus important pour un système que pour l'autre, sa poussée dans le sens de ses cônes sera plus importante que celle produite par l'autre système en sens inverse. Ainsi un type particulier de montage dissymétrique peut trouver ses avantages dans de nombreuses 2 5 applications o la réversibilité symétrique totale n'est pas utile. Pour la réalisation de ce type de propulseur le choix des matériaux est aussi important que leur mise en _uvre compte tenu des efforts importants auxqueis ils seront soumis centrifugation, écrasement et arrachement pour la transmission de poussée, abrasion due au flux de fluide, cavitation due à la dépression sur les intrados. Les matériaux composites récents et les alliages déjà utilisés dans l'aoronautique semblent toutefois convenir sans aucun problème en associant leurs autres avantages teile que la légèreté. Le propulseur selon l'invention est particulièrement destiné à la propuision de tous types de véhicules et ce quel que soit le type de moteur de mise en rotation et quel que soit le milieu d'utilisation: véhicules marins, sous-marins, aériens, terrestres, amphibies, spatiaux, etc. RÉVENDICATIONS 1) Propuiseur par centrifugatioD de fluide caractérisé par le fait qu'il exploite un rotor constitué de deux systèmes inversés d'empilement de flasques en couronnes coniques(2) alveoiées dont la poussée est modulable et réversibie par le simple coulissement d'un tube obturateur(7) dans le moyeu central de distribution du fluide. 2) Propuiseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la réversibilité de ia poussée est due au fait qu'il exploite l'un ou l'autre des deux systèmes d'empilement dont les flasques coniques(2) sont inversés de manière à générer des poussces en sens opposé. 3) Propuiseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la poussée est modulée et inversée en obturant les entrées des alvéoles(1) situés entre les flasques coniques(2) d'une partie ou de tous les éléments d'un système, voire des deux systèmes d'empilement. Une fois obturés, les alvéoles(1) sont neutralisés puisque mis en dépression sur leurs deux faces du fait de l'expuision par la centrifugation du fluide, aucune poussée n'est générée. Seules les alvéoles alimentés en fluide génèrent une poussée. 4) Propuiseur selon ia revendication 1 caractérisé en ce que cette obturation se fait au moyen d'un tube(7) dont le diamètre extérieur correspond au diamètre du moyeu central creux de l'empilement des flasques coniques(2) en couronne. ) Propuiseur selon ia revendication 1 et 4 caractérisé en ce que ce tube d'obturation(7) coulisse suivant l'axe central, d'une extrémité à l'autre des deux systèmes d'empiiement de manière à pouvoir obturer les éléments de l'un tout en libérant les éléments de l'autre. 6) Propuiseur selon la revendication 1 et 5 caractérisé en ce que le coulissement du tube d'obturation est piloté depuis l'extérieur de la structure(10) par un axe(8) qui coulisse au travers de ia paroi de la structure selon i'axe central.! 7) Propuiseur selon la revendication 1 et 2 caractérisé en ce que ces deux systèmes d'empilement de flasques coniques peuvent être assemblés aussi bien avec les sommets de leurs cônes positionnés vers le milieu de l'ensemble et leurs bases vers les extrémités qu'avec les sommets des cônes positionnés vers les 2 5 extrémHés et leurs bases vers le milieu de i'ensemble. 8) Propuiseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que cet ensemble s'exploHe de la même manière en milieu ouvert c'est-à-dire avec l'air centritugé s'échappant perpendiculairement à l'axe de rotation alorsque l'air frais pénètre dans le moyeu central à chaque extrémité pour alimenter les alvéoles, qu'en milieu fermé c'est-à-dire dans une enceinte close(13) renferrnant un fluide sous pression qui après avoir été