Brevet FR2831220A1 — publié le 20030425

La présente invention concerne un propulseur par centrifugation de fluide au moyen d'un rotor conique comportant des pales sur ces deux faces ouvertes. Sa principale originalité réside en effet dans le fait que contrairement aux autres propulseurs du même type, ses pales ne sont pas maintenues entre les deux flasques qui constituent le rotor centrifuge et qui subissent donc seuls la différence de pression génératrice de poussée. Ici, la différence de pression existe également entre les deux faces des deux cônes fixes qui entourent le rotor. Ainsi la poussée est en partie générée directement sur la structure fixe. La propulsion par centrifugation de fluide existe depuis quelques années. Les différents systèmes ont en commun de créer des différences de pression entre les deux faces des parois de leurs rotors à partir de la centrifugation de fluides liquides ou gazeux. Les dernières variantes, celles qui donnent les meilleurs résultats, utilisent des rotors de pompes ou de compresseurs centrifuges qui sont coniques au lieu d'avoir leurs flasques rigoureusement perpendiculaires à l'axe de rotation. Ainsi, l'effort fourni pour dévier sous un angle de 450 la centrifugation normale du fluide, engendre obligatoirement une réaction sur l'axe du rotor qui est transmise en bout d'arbre à la structure du propulseur et qui donc se trouve être à l'origine de la poussée. En effet le flux centrifugé dévié dans son écoulement qui devrait être perpendiculaire à l'axe de rotation, crée d'une part une surpression sur l'intrados du cône et d'autre part, une dépression sur l'extrados de l'autre flasque. Ce phénomène est bien connu et redouté des fabricants de pompes et compresseurs centrifuges qui eux, veulent l'éviter pour ne pas avoir les désagréments des poussées latérales dus justement au décollement des filets d'écoulement. Cette poussée latérale peut provoquer un arrachement des pompes de leur socle ou même un soulèvement de groupe dans certains barrages hydroélectriques où c'est la turbine qui, subissant le même phénomène, s'arrache du béton dans lequel elle est installée. Ceci met déjà en évidence l'importance de l'intensité de la poussée. Les propulseurs par centrifugation de fluide exploitent au maximum ce phénomène en utilisant des rotors coniques à 450 qui génèrent complètement ces phénomènes. Le propulseur selon l'invention exploite le même principe et appartient donc à la même famille. Tel qu'il est ici présenté, il utilise un liquide pour fluide de centrifugation ce qui permet des vitesses de rotation plus faibles qu'avec un gaz et surtout un encombrement plus réduit à poussée équivalente bien que plus lourd en lui-même. Plutôt que d'être constitué d'une, voire plusieurs roues fermées c'est-à-dire avec les pales bloquées entre deux flasques, son rotor est du type ouvert, où seul un côté des pales (2) est fixé sur le flasque. Ainsi le flasque conique du rotor (1) possède des aubes (2) sur ses deux faces (l'intrados et l'extrados). Toutefois ce rotor tourne entre deux cônes fixes (3), parallèles et de dimensions identiques au flasque conique de ce rotor (1). En tournant rapidement les aubes vont centrifuger le fluide qui, dévié dans son écoulement par l'angle de 450 d'obliquité du cône, va créer une surpression sur les intrados et une dépression sur les extrados. Or ici les cônes fixes (3) constituent comme le rotor un intrados et un extrados pour l'écoulement du fluide au même titre que le cône du rotor. De ce fait la poussée proviendra pour une part du rotor et pour une autre part des cônes fixes puisque leurs deux faces ne seront plus soumises à la même pression. Ces cônes fixes sont maintenus à la structure (10) par des cloisons (7), radiales ou excentrées, droites ou courbes. qui permettent au fluide de revenir au centre du propulseur c'est-à-dire dans le moyeu du rotor et ce sur ses deux faces. Le fluide tourne donc en circuit fermé. Un vase d'expansion adapté régule la pression. Un circuit dérivé tangentiellement sur la périphérie du propulseur permet de refroidir dans un radiateur le liquide qui s'échauffe du fait de son brassage. L'expérience démontre que la poussée très importante, transmise par la structure de la pompe à son socle est parfaitement exploitable pour propulser un véhicule et ce, quel que soit son milieu d'utilisation. Le principe Action-Réaction s est ici exploité d'une manière beaucoup plus intéressante que dans les systèmes, désormais obsolètes, qui consistaient à éjecter de la matière dans un sens pour obtenir une poussée en sens opposé. En effet la centrifugation est un phénomène équilibré puisque l'action trouve diamétralement sa réaction. A ce système de forces équilibrées j'impose une composante perpendiculaire, de même intensité que l'effort centrifuge, laquelle a pour conséquence de dévier cette centrifugation de 450. II est bien évident que cette composante provoquera alors une réaction de même intensité et en sens opposé pour que le système reste équilibré. A défaut, ce déséquilibre provoque le déplacement du système. C'est donc ce déséquilibre qui génère la propulsion. Les lois de la physique sont parfaitement respectées. II est toutefois évident que les formules conçues spécialement pour les propulseurs axiaux par éjection de matière ne sont pas applicables à cette nouvelle catégorie de propulseurs. L'éjection (tangentielle et perpendiculaire à l'axe de rotation) à la sortie du rotor de centrifugation est ici neutre et sans conséquences donc sans aucun intérêt. On est malgré tout obligé de constater que c'est bien une réaction qui génère la poussée. Mais cette réaction est simplement la réaction à l'effort fourni pour dévier de 450 la centrifugation du fluide pendant son passage entre les fiasques. Pour ceux qui ont des difficultés à comprendre ce système pourtant simple de composantes de forces mais qui, par ailleurs, auraient l'expérience des phénomènes de balourds qui font que certains ensembles s'agitent en tous sens du fait d'un déséquilibre des forces internes, (balourd rotatif ou alternatif) ce système de poussée interne peut s'assimiler à un balourd latéral, monodirectionnel et continu, généré par le rotor de centrifugation conique donc dissymétrique . Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente une coupe du propulseur selon I'axe du rotor. La figure 2 représente une coupe selon l'axe (4) du rotor d'un propulseur comportant un étage fermé (11) entre les deux étages ouverts du rotor de centrifugation. La figure 3 représente une coupe perpendiculaire à l'axe, au niveau des couronnes (9) d'aubes fixes destinés à ramener le flux entre les cloisons fixes (7) donc vers le moyeu central. En référence à ces dessins, le propulseur selon l'invention est constitué d'un rotor (1) conique ouvert comportant des aubes (2) de centrifugation sur les deux faces de son flasque conique à 450. Ce rotor tourne entre deux cônes fixes (3), identiques, parallèles et concentriques, maintenus à la structure (IO) par des cloisons (7). Un espace de 1 à 3 millimètres sépare ces cônes des pales du rotor. Dans le cas où les cloisons sont droites et radiales celles ci sont donc des triangles rectangles dont la base établit le contact (soudé) avec les cônes (3). Les cloisons (7) soutenant le cône avant sont entourées par une bague (13) sur la moitié de la longueur de leur côté. Ce cône avant (puisque situé du côté vers lequel la poussée est générée) est donc solidaire de la paroi amovible (12) laquelle est fixée par des écrous au reste de la structure (10) cylindrique du propulseur. Cette paroi amovible (12) est un disque assez épais puisque c'est lui qui subit la poussée générée sur le cône avant et la poussée générée sur le rotor. Celle ci est transmise par une butée axiale (8) à billes par exemple, qui est maintenue par un butoir cylindrique parfaitement centré et ajusté en longueur de manière à garantir le jeu nécessaire à la rotation du rotor entre les cônes fixes, sans frottements et ce quel que soit la poussée générée. Le flasque conique du rotor est fixée sur un disque central de maintien dont le diamètre correspond à celui du moyeu permettant une bonne alimentation en fluide sur les deux faces du rotor. Ce disque est solidaire d'un axe (4) cylindrique se fixant avec précision sur l'extrémité de l'arbre d'entraînement. Cet arbre est entraîné par un moteur thermique, électrique ou autre, indépendant du principe exposé. Cet axe (4) de rotor peut comporter un épaulement permettant l'installation d'une butée axiale arrière destinée non pas à transmettre une poussée mais à ajuster parfaitement la position du rotor entre les deux cônes fixes. Cette butée enserre alors l'axe et se cale contre le manchon (16) solidaire du carter cylindrique du propulseur. Ce manchon cylindrique enserre l'axe à son extrémité intérieure et maintient autour de celui- ci les deux roulements (6) à billes qui eux-mêmes maintiennent solidement l'arbre d'entraînement du rotor ainsi que les gamitures (5) assurant l'étanchéité du propulseur vis à vis du fluide de centrifugation qui selon les modes de réalisation peut être sous une pression de plusieurs bars principalement en fonctionnement. Un disque (17) se fixant sur l'arrière du carter enserrant l'axe vient refermer cet ensemble d'étanchéité. Le carter cylindrique (tO) de ce propulseur possède à sa base une platine de fixation qui maintient aligné correctement le propulseur et son moteur d'entraînement et surtout, qui transmet à la structure du véhicule sur lequel il est installé la poussée importante qu'il génère. Ce mode de fixation sur la structure du véhicule dépendra du véhicule et surtout de la position horizontale, verticale ou oblique, voire mobile du propulseur et de son moteur. A titre d'exemple non limitatif concernant un petit propulseur, le rotor pourrait avoir un diamètre de 220mm pour un moyeu de 90mm. La profondeur des pales serait alors de 12 à 13mm et la vitesse de rotation variant jusqu'à 4800tr/mm. Ceci donne pour le carter extérieur cylindrique des dimensions réduites de 270mm de diamètre pour 160mm de large. Un vase d'expansion de 1 litre à membrane est largement suffisant. Il sera évidemment équipé d'un manomètre. Un tube de sortie muni d'une vanne pourra être installé directement sur la structure cylindrique du carter. Ce tube permettra le remplissage, la vidange, les purges de dégazage indispensables et les réductions de pression. Le dispositif de refroidissement sera constitué d'un radiateur adapté à la puissance du moteur et à la pression de fonctionnement, d'un tube de sortie (14) du liquide chaud piqué tangentiellement dans la structure cylindrique dans le sens de rotation et d'un tube de retour (15) du liquide refroidi piqué tangentiellement en sens inverse profitant ainsi de l'aspiration due à la rotation du fluide ce qui évite l'usage d'une pompe de circulation. Ces deux piquages sont réalisés en périphérie de la zone d'échappement du fluide en sortie du rotor. De chaque côté de cette zone dans laquelle le fluide tourne en anneau se trouve une couronne (9) d'aubes fixes, solidaires de l'enveloppe cylindrique. Ces couronnes d'aubes (9) sont destinées à diriger vers le moyeu central, entre les cloisons fixes de maintient des cônes fixes, le flux de fluide. Lorsque les cloisons (7) sont correctement excentrées, cela facilite l'écoulement continu du fluide qui est alors repris dans le même sens par le rotor de centrifugation. On peut autrement prévoir le retour sur les disques latéraux du carter au niveau du moyeu (zone d'aspiration), du côté moteur. Il est intéressant de laisser libre la face du disque d'ouverture'12) du carter qui pourra ainsi être mise directement en butée contre la structure du véhicule ce qui peut se montrer intéressant dans plusieurs applications. 11 est évident qu'à partir de ce schéma de base, différentes variantes peuvent être conçues sur le même principe. On peut utiliser différents liquides tels que de l'huile ou de l'eau. On peut utiliser différents gaz en redimensionnant l'ensemble et en augmentant la vitesse de rotation du rotor. On peut également exploiter ce même système en milieu ouvert ce qui évite le problème du refroidissement puisque le fluide est renouvelé en permanence. On peut inverser le sens du montage des cônes sur l'arbre d'entraînement par rapport au moteur, etc. Le rotor conique (1) ouvert, avec des pales sur ces deux faces latérales peut comporter en son centre une ou plusieurs tranches fermées (11) c'est-à-dire avec les pales centrifuges prises entre deux flasques coniques sans rien changer au principe de fonctionnement tout en augmentant la somme des surfaces soumises à une différence de pression ce qui augmente d'autant la poussée. Inversement le flasque conique (1) du rotor peut ne comporter des aubes (2) que sur une face. La forme, l'angle, la répartition, la profondeur et le nombre des aubes peut varier. La poussée de ce propulseur correspondant à l'effort centrifuge (F = m V/R = m w R) puisqu'elle est la composante perpendiculaire qui a permis de dévier celui-ci de 45 . Le calcul par la différence de pression générée entre intrados et extrados multipliée par les surfaces concernées donne évidemment le même résultat. Les dimensions, vitesses de rotation et puissance du moteur d'entraînement seront adaptés en fonction des applications. Le propulseur selon l'invention est donc une variante originale des propulseurs par centrifugation de fluide qui offre l'avantage d'une grande simplicité et compacité par rapport à la poussée générée comparativement aux autres dispositifs classiques de propulsions (hélices, réacteurs etc..) dont le rendement est obligatoirement inférieur. Ce propulseur génère une poussée modulable en intensité, non réversible dans la présente version, mais qui en étant indépendante du milieu extérieur correspond à un chaman immense d'aoolications. REVENDICATIONS 1) Propulseur par centrifugation de fluide par rotor conique caractérisé en ce que son rotor conique est un rotor ouvert c'est-à-dire constitué d'un flasque conique (1) supportant des pales centrifuges (2) droites ou courbes sur ses deux faces latérales. 2) Propulseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ce rotor est installé entre deux cônes fixes (3) identiques et donc parfaitement parallèles au flasque du rotor de manière à ce que les pales (2) circulent sans frottement à une distance régulière de quelques millimètres. 3) Propulseur selon la revendication 1 et 2 caractérisé en ce que le passage des pale (2) du rotor au raz des deux cônes fixes (3) entourant le rotor crée une suppression sur l'intrados du cône avant et une dépression sur l'extrados du cône arrière ce qui fait que ces deux cônes fixes sont soumis à une différence de pression importante entre leurs deux faces. 4) Propulseur selon la revendication 3 caractérisé en ce que les deux cônes fixes (3) entourant le rotor et donc soumis à une différence de pression entre leurs deux faces sont tenus solidement par des cloisons radiales (7) triangulaires planes ou courbes qui elles-mêmes sont fixées sur la structure (10) permettant ainsi de transmettre directement la force de poussée générée par la différence de pression entre les deux faces de ces cônes fixes. 5) Propulseur selon la revendication 4 caractérisé en ce que ces cloisons (7) radiales triangulaires, planes ou courbes, excentrées, maintenant les deux cônes fixes (3) permettent le retour du fluide au centre du dispositif c'est-à-dire dans le moyeu du rotor et ce symétriquement sur les deux faces de celui-ci. 6) Propulseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le carter (10) enfermant le dispositif est hermétiquement fermé et maintient une pression de plusieurs bars, réglable par l'intermédiaire de vannes et autres régulateurs installés sur le circuit menant à un vase d'expansion. 7) Propulseur selon la revendication 1 et 6 caractérisé en ce que le carter (10) enfermant le dispositif comporte sur sa périphérie deux piquages tangentielles (14) (15) qui profitent du sens de rotation du fluide pour amener celui-ci à un radiateur afin de le refroidir et le ramener en sens opposé. 8) Propulseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le flasque (12) avant du carter permettant l'ouverture du carter maintient en son centre une butée axiale (8) dans l'axe de l'arbre (4) du rotor qui permet à la fois de transmettre la poussée générée par la différence de pression existant entre les deux faces du flasque conique (1) de son rotor et de maintenir ce rotor parfaitement en place entre les deux cônes fixes (3) avec le jeu qui convient. 9) Propulseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ce rotor conique ouvert, avec des pales (2) sur ces deux faces latérales peut comporter en son centre une ou plusieurs tranches fermées (11) c'est-à-dire avec les pales centrifuges prises entre deux flasques coniques sans rien changer au principe de fonctionnement tout en augmentant la somme des surfaces soumises à une différence de pression ce qui augmente d'autant la poussée. 10) Propulseur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une couronne d'aubes fixes (9), solidaires de la structure (10), est placée de chaque côté de la zone d'échappement du rotor de manière à ramener vers le moyeu central, le fluide, et ce, entre les cloisons (7) de maintien des cônes fixes, qui ellesmêmes sont excentrées afin de faciliter l'écoulement du fluide qui sera alors repris en continu dans le même sens par le rotor de centrifugation.