Brevet FR2840584A1 — publié le 20031212

galvanique d'une resistance modulable. L' invention concerne un dispositif propulsif en milieu liquide. Il siagit en particulier d'obtenir une propulsion comparable a celle produite par la nageoire de queue d'un poisson ou d'un cetace. Le probleme est d'ordre mecanique et doit prendre en compte ltefficacite ainsi que la qualite du rendement energetique produit. Une solution proposee consiste en ce que le dispositif propulsif de ['invention comprenne: - un corps frontal renfermant un habitacle (de preference), le corps etant a disposer dans le milieu liquide, 0 - un fuselage dorsal articule par rapport au corps, le fuselage etant egalement a disposer dans le milieu liquide, - des moyens d'etancheite entre le corps et le fuselage dorsal, - des moyens d'entra^nement loges dans le corps et mus par un generateur d'energie pour creer un mouvement rotatif alternatif de va et vient autour d'un premier axe, - des moyens de liaison disposes a proximite de ce premier axe et lies aux moyens d'entrainement pour kansmetbe, avec une amplitude predeterminee, ce mouvement rotatif alternatif de va et vient au fuselage dorsal, et creer ['articulation enke le corps et le fuselage dorsal, lequel est lie a une premiere extremite a ces moyens de liaison, le fuselage etant lui-meme adapte pour kansmetke un mouvement de va-et-vient vers une seconde extremite fuselee, rune nageoire de queue liee a la seconde extremite fuselee du fuselage dorsal, cette liaison etant articulee autour d'un second axe parallele au premier axe, de sorte que la nageoire est animee d'un mouvement de battement autour de ce second axe, - et de preference des moyens de limitation du battement pour limiter le battement de la nageoire, de part et d'autre du second axe. Dans ce contexte, ['invention a pris egalement en compte les problemes structurels lies a la transmission du mouvement. Aussi, est-il prevu, selon un aspect complementaire de ['invention, que les moyens de liaison comprennent avantageusement: - un cadre lie aux moyens d'entrainement et done anime audit mouvement rotatif alternatif de va et vient, le fuselage dorsal local etant mobile ensemble, - au moins deux arbres sietendant suivant le premier axe, les arbres etant lies au cadre et traversant de facon etanche aux liquides le corps frontal o en deux endroits axialement opposes, lequel est articule suivant le mouvement de va et vient par rapport au corps frontal autour du premier axe, - et des elements intermediaires de liaison fixes aux arbres et auxquels le fuselage dorsal est lui-meme fixe pour transmettre le mouvement a ce fuselage. En particulier pour favoriser ltefficacite du systeme (obtention d'un mouvement important), on conseille par ailleurs que: - le corps frontal est situe vers ['avant du dispositif, le fuselage dorsal etant situe plus a l'arriere, o - les moyens d'enkalnement solent situes a l'arriere du corps frontal, - et le permier axe est situe plus a ['avant du corps frontal que les moyens d'entrainement. Concernant le mode d'entranement permettant d'allier fiabilite, efficacite et couts matrises, il est conseille que les moyens d'entra^mement comprennent un mecanisme comprenant: - un vilebrequin mu par le generateur d'energie et stetendant suivant un axe perpendiculaire au premier axe, deux bielles liees au vilebrequin et sietendant perpendiculairement a son axe et au premier axe, les bielles etant done animees d'un mouvement alternatif de translation, - deux moyens intermediaires de transmission mecanique sur lesquelles s'articulent les bielles, ces moyens intermediaires de transmission mecanique etant en outre fixes au cadre. Pour l'efficacite de la propulsion, il convient par ailleurs de limiter la production d'energie peu profitable a la propulsion. Aussi, sous un autre aspect, ['invention conseille-t-elle: o - que les moyens de limitation du battement comprennent une butee mecanique, - ou que ces memes moyens comprennent une lame flexible a flexibilite elastique predeterminee. Ainsi, par un moyen gable et economique pourra-t-on favoriser l'efficacite de ce systeme de propulsion aquatique. Dans le premier cas, la butee pourra etre reglable a distance, en particulier pour favoriser les changements de direction. Pour augmenter encore lteffet "ondulatoire" de battements recherches, un autre aspect de ['invention prevoit que la nageoire de queue comprenne: une partie terminale en forme de nageoire, - et une partie intermediaire, articulee en rotation par rapport a la partie terminale autour d'un troisieme axe parallele au second axe, cette partie intermediaire etant elle-meme articulee par rapport au fuselage, vers la seconde extremite fuselee de celui-ci, autour du deuxieme axe. Ainsi, grace au principe general de ['invention, le mouvement de la nage en milieu aquatique, qui part de ['avant du poisson ou du cetace, pourra effectivement agir comme un levier, avec des points d'appui eloignes du premier axe "propulsif", facilitant le deplacement de la charge, laquelle correspond en l'espece, pour la plus large part, a la resistance du volume d'eau deplace par la surface de la nageoire de queue que lton commande. Selon encore un autre aspect, un navire de surface (bateau de commerce, navire de transport ou de croisiere...) pourra etre equipe du dispositif de ['invention, a l'endroit de la partie immergee de sa coque. Une description encore plus detaillee de ['invention va maintenant etre fournie en reference aux dessins annexes dans lesquels. - la figure 1 est une vue en coupe schematique d'un mode de realisation du dispositif propulsif de ['invention, 0 - les figures 2 et 3 montrent schematiquement en perspective deux possibles realisations du fuselage dorsal du dispositif de la figure 1, - la figure 4 est une vue de detail d'un mode de realisation du mecanisme d'entrainement qui commande le battement du fuselage dorsal, - la figure 5 est une perspective qui montre en partie le mecanisme de la figure 4 (vue interieure), - la figure 6 est une coupe a l'endroit de la ligne VI-VI de la figure 1 avec une forme de fuselage dorsal differente, - la figure 7 est une vue agrandie d'une variante de realisation de la liaison entre le corps frontal et le fuselage dorsal, a liendroit repere VII de la figure 1, - la figure 8 est une vue de cote du fuselage dorsal, dans le cas ou il est pourvu de deux axes de battement de la nageoire de queue, - la figure 9 est une vue schematique montrant le battement articule de la nageoire de queue, - la figure 10 est une vue agrandie du detail X de la figure 8, dans un etat de montage, - la figure 11 montre schematiquement de dessus une alternative de realisation du systeme de limitation angulaire du battement de la nageoire de queue represente sur la figure 9, - la figure 12 schematise un montage du dispositif propulsif de ['invention sous la coque d'un navire de surface, - la figure 13 montre une variante de la figure 12, dans laquelle le corps frontal est constitue par une partie de la coque du navire, - et la figure 14 montre schematiquement, en coupe horizontale, un systeme d' assistance aux battements du fuselage dorsal. Sur la figure 1, on volt done schematiquement, en vue de profil, un dispositif 1 adapte pour se deplacer en milieu liquide (dans l'eau), avec un systeme propulsif repere dans son ensemble 3 et comprenant une nageoire 0 de queue 5. On precisera des a present, en reference aux figures 2 et 3, que la nageoire dorsale de propulsion peut etre tent verticale, comme sur les figures 1 et 2, avec alors un battement de gauche a droite et inversement, quthorizontale (nageoire 5a de la figure 3) avec alors un battement de teas en haut et inversement. Sur ces trots figures, on peut constater que la nageoire de queue est liee a un fuselage 7 appele fuselage dorsal. Ce fuselage dorsal se trouve a l'arriere d'un corps frontal 9 defini par une armature en forme de caisson ferme et etanche, et qui comprend a ['avant une tete profilee 11. Sur la figure 1, AVT definit ['avant et ARR definit l'arriere, le sens de propulsion etant bien entendu celui materialise par la fleche 15. Le fuselage dorsal 7 se presente avantageusement comme un caisson creux, fusele vers l'arriere, en direction de la nageoire de queue, et de plus large section a ['avant, a proximite de sa liaison avec le corps frontal 9. A l'interieur du corps frontal 9, se situe le moyen generateur d'energie qui va permettre a des moyens d'entranement de creer le mouvement rotatif alternatif du fuselage 7 autour du premier axe de rotation 17, permettant ainsi a ce fuselage dorsal de battre selon un mouvement angulaire de va et vient autour de cet axe et de transmettre ce mouvement a la nageoire de queue, laquelle est montee articulee en rotation par rapport au fuselage 7, a liendroit de son extremite arriere fuselee 7a, autour d'un deuxieme axe de rotation 19 parallele au premier axe 17, etant precise que la nageoire concernee s'etend, au repos (position intermediaire entre ces deux positions extremes de battement) dans un plan sensiblement parallele, et de preference confondu avec celui dans lequel stetendent les deux axes de rotation 17 et 19. Sur les figures 2 et 3, ces plans commune ont ete reperes respectivement 21 et 23. Et c'est en stecartant de part et d'autre de ce plan o commun que la nageoire de queue 5 ou 5a cree le mouvement propulsif recherche. A cet egard, on aura certainement note que pour passer du battement dans des plans verticaux, comme sur les figures 1 et 2, aux battements dans des plans sensiblement horizontaux comme sur la figure 3, il suffit de basculer de 90 le fuselage 7, et plus generalement le dispositif 1 de la figure 1, pour l'imaginer non plus en vue de profil vertical, mais en vue de profil horizontal, les axes 17,19 et la nageoire de queue stetendant (au repos) dans un plan commun sensiblement horizontal. Sur les figures 4 et 5, on volt done plus en detail les moyens d'entranement 25 qui permettent de produire le mouvement de battement du fuselage dorsal 7 et done de la nageoire de queue. Sur la figure 4, on retrouve en 9 une partie du corps frontal. Les moyens d'entrainement vent mus par un generateur d'energie qui peut consister en un moteur electrique 27 fonctionnant sur batterie. Un arbre de sortie 29 du moteur entrane un vilebrequin 31 par l'intermediaire d'un relais mecanique 33. Le relais mecanique 33 peut etre constitue par un arbre, mais on a prefere ici l'utilisation d'une courroie tournant autour de deux poulies 35 (en prise avec l'arbre 29) et 37 (en prise avec le vilebrequin 31). Le vilebrequin 31 presente un axe de rotation 31a qui est perpendiculaire au premier second axe de rotation precise, et done en particulier a l'axe de rotation 17, l'axe 31 etant en outre perpendiculaire (comme d'ailleurs les axes 17 et 19) a l'axe (ou direction) d'avance 15. Sur la figure 5, on retrouve la poulie 37 ainsi que schematiquement le vilebrequin 31, lequel est maintenu dans les paliers de deux panneaux supports 39a, 39b (voir figure 4), fixes a ['armature du corps frontal 9, et en particulier a une structure rigide 41 de ['armature, et dont une portion apparat sur la figure 1. o Lateralement, le vilebrequin 31 est relic a deux bielles 43a, 43b, stetendant parallelement a l'axe 15, en direction de ['avant (AVT) du corps 9 dont le vilebrequin 31 est eloigne, de maniere a favoriser un couple important. En d'autres termes, le vilebrequin 31, avec notamment son support 39b, est loge vers l'extremite arriere (AR) du corps 9 (voir figure 1), l'axe de rotation 17 etant situe plus a ['avant. A leur extremite avant, les bielles 43a, 43b, vent liees chacune a une tige 45a, 45b, paralleles a l'axe 15 et done adaptees pour se deplacer en translation suivant cet axe, avec un mouvement de va-et-vient dans un sens et dans l'autre, sous la commande des bielles. Ces tiges 45a, 45b, peuvent notamrnent coulisser le long de rails 47a, 47b; (ou 47al, 47a2 pour la tige 45a sur la figure 5) eux-memes lies a des supports de rail, chaque support de rails pouvant constituer une partie de ['armature du corps 9, lequel reserve vers ['avant un volume libre 49, pouvant former habitacle (voir figure 1). L'extremite avant des tiges de liaison 45a, 45b, non liees aux bielles, transmet parallelement a l'axe 15, le mouvement de battement a un cadre 55, par l'intermediaire de barres 57a, 57b, articulees chacune suivant un axe 59a, 59b, parallele a l'axe 17 (voir figure 4). Ainsi, a l'interieur du caisson etanche du corps 9, le cadre 55 est en mesure de pivoter autour de l' axe central 1 7, angulairement d 'un cote et de l'autre d'une position intermediaire neutre, comme l'indiquent les fleches sur la figure 4. Comme on peut le voir sur la figure 1, le fuselage dorsal 7 recoit son mouvement de battement par l'intermediaire du cadre 55. Pour cela, on peut prevoir en particulier de fixer au cadre deux plateaux dont l'un (plateau superieur) est repere 61a sur la figure 4. Quatre tiges de fixation, telles que 67a sur la figure 4, peuvent o permettre de fixer au plateau correspondent l'extremite frontale de plus large section de la structure constituent le fuselage dorsal. Pour cela, le fuselage dorsal comprend avantageusement deux bras 7c, 7d, nes de deux echancrures laterales opposees, comme on peut le voir sur les figures 1, 2, 3, 6 et8. Sur la vue en section de la figure 6, on constate que les plateaux de transmission du mouvement vent remplaces par deux systemes canneles situes (comme les plateaux) a l'exterieur du corps 9, des joints d'etancheite tels que 63a, 63b, assurant le passage etanche d'arbres 65a, 65b, fixes d'un cote au cadre 55 et, de l'autre, au fuselage 7. Sur la figure 7, l'une des deux parties identiques de ['alternative de realisation de la liaison corps 9/fuselage arriere 7 comprend, suivant l'axe 17, l'arbre 65b fixe au cadre et passant a travers le caisson formant le corps 9, de facon etanche (voir joint 70) avec une possibilite de rotation autour de cet axe 17. Au dela du corps 9, l'arbre presente des cannelures 72 pour venir en prise (de facon demontable) dans des cannelures complementaires 74 d'un des bras du fuselage dorsal 7 (tel en ltespece que le bras 7d), et etre ainsi immobilise vis-a-vis de lui. Le fuselage dorsal 7 peut ainsi battre, avec le cadre 55, autour de l'axe 17, vis-a-vis du corps frontal 9. Sur la figure 8, a l'extremite arriere 7b fuselee du fuselage, on a prevu une possibilite de battement de la nageoire de queue 5 non pas autour exclusivement du second axe 19, mais autour de deux axes 19 et 69 paralleles entre eux et qui creent une possibilite d'articulation supplementaire en rotation, comme le montre la figure 9 ou l'on volt que grace a l'axe de rotation 69 et a la partie intermediaire 71 qui relic la nageoire 5 au fuselage 7 proprement dit, permet d'obtenir un galbe de battement dans cette zone, en positions extremes de battement (comme en ltespece a gauche et a droite sur cette figure 9), lorsque ce mouvement de battement autour de l'axe 17 stopere 0 et que la nageoire de queue 5 rencontre ['opposition F1 ou F2 creee par le volume d'eau deplace. Sur la figure 9, on note egalement que chacune des pieces 5, 7 et 71 s'engagent partiellement dans la piece qui lui est adjacente (5/71 et 71/7) avec des formes telles que ['angle de debattement des pieces 5 et 71 d'une part et 71 et 7, d'auke part, l'une vis-a-vis de l'autre, est limite par des butees laterales mecaniques creees par ces formes et reperees sur la figure 9 en 73a et 73b. Sur la figure 10, on volt que la liaison articulee entre la queue 5 et la piece intermediaire 71 peut s'operer par l'intermediaire d'un embout 50 lie a la queue 5 et s'engageant a l'interieur d'une ouverture 71a de la piece 71. On comprend bien entendu que ce principe peut etre reproduit entre les pieces 71 et 7, voire entre les pieces 5 et 7, dans lthypothese d'une seule articulation (absence de l'axe 69). En alternative, ou en complement a une telle butee mecanique, la figure 11 montre que la liaison entre l'extremite arriere fuselee 7b, du fuselage 7 et la nageoire de queue 5, pourrait etre realisee par l'intermediaire d'une lame flexible 75 fixee a chaque extremite, d'un cote a la nageoire et, de l'autre, au fuselage 7, cette lame s'etendant parallelement a l'axe 17 et ayant une flexibilite predeterminee pour flechir comme le montre cette figure 11 (dans un sees), consecutivement au mouvement commande de battement du fuselage autour de l'axe 17. En liespece, Ie second axe de rotation 19 evoluerait done en position en fonction de la zone de flexion de la lame 75. Mais l'effet de battement genere par le fuseIage et la nageoire de queue demeurerait tout a fait comparable. Des joints d'etancheite pourraient etre prevus a ltendroit de la liaison entre la piece intermediaire 71 et le fuselage 7 (zone darticulation 69), ainsi qutentre cette piece 71 et la nageoire de queue (zone du second axe de rotation 19 ou de la lame flexible 75). 0 I1 est egalement a noter que si les pieces 5, 7 et 9 (voire 71) vent de preference rigides (metal ou matiere plastique solide), ltensemble du corps ainsi constitue pourra etre recouvert d'une fine peau presentant un falble coefficient de friction. Une peau en matiere plastique ou en caoutchouc permettant de modeler une forme fuselee favorable a la penetration dans l'eau sera en particulier preferee, cette peau pouvant eventuellement entierement recouvrir les pieces structurelles dont on a parle ci-avant, ceci pouvant apporter une solution interessante au probleme d'etancheite, en limitant la presence des joints en un nombre tres limite d'endroits. Sur la figure 12, on volt le dispositif de propulsion 1 de ['invention fixe a la coque 81 d'un bateau 83, par l'intermediaire de bras 85 lies au corps 9, pour favoriser la propulsion de ce bateau, de preference par ailleurs propulse par un moyen autonome de propulsion, tel qu'un moteur 87 et/ou une voile (non representee). Bien entendu, le battement pourrait etre d'autour d'axes horizontaux (solution de la figure 3). Pour obtenir une puissance de battement relativement importante, on peut trouver interet a agir depuis ltexterieur du dispositif de ['installation, sur le fuselage dorsal 7. Pour cela, un bras mb par une source d'energie distincte du mecanisme a vilebrequin 31 de la figure 4, peut agir sur l' axe 1 9, ou 1' axe 69, depuis le navire auquel le dispositif est lie. Sur la figure 13, le fuselage dorsal 7 est en quelque sorte noye ou integre a la coque 90 du navire qui peut d'ailleurs, a lendroit de l'excroissance 91, constituer le corps frontal du dispositif propulsif, lequel starticule done en 17 vis-a-vis de la coque 90 (ici avec un battement dans les plans verticaux, etant precise qu'un systeme a battements horizontaux est realisable). La queue 5 s'articule toujours en 19. o Sur la figure 14, deux bras 101,103 lies, a l'interieur de la coque 100 du navire, a un mecanisme moteur 105 (moteur associe a un mecanisme a vilebrequin par exemple), agit sur l' axe 1 9 du fuselage dorsal 7 de deux dispositifs propulseurs 1,10 conformes a ['invention, ['articulation de battement du fuselage 7 s'effectuant toujours, en outre, autour de l'axe 17, sous l'effet des moyens d'entranement illustres sur la figure 4 (non representes ici). Une action de meme nature peut etre egalement prevue a ltendroit du troisieme axe 69, si celui-ci existe. REVENDICATIONS 1.- Dispositif propulsif en milieu liquide, comprenant: - un corps frontal (9) a disposer dans le milieu liquide, - un fuselage dorsal (7) articule par rapport au corps, a disposer egalement dans le milieu liquide, - des moyens d'entrainement ((31; 43a, 43b; 45a, 45b; 57a, 57b) loges dans le corps et mus par un generateur d'energie (27) pour creer un mouvement rotatif alternatif de va et vient autour d'un premier axe (17), - des moyens de liaison (55, 65a, 65b, 68, 67a, 67b, 72) disposes a o proximite de ce premier axe et lies aux moyens d'entrainement pour transmettre, avec une amplitude predeterminee, ce mouvement rotatif alternatif de va et vient au fuselage dorsal (7) et creer ['articulation entre le corps et le fuselage dorsal, lequel est lie a une premiere extremite (7b) a ces moyens de liaison, le fuselage etant lui-meme adapte pour transmettre un mouvement de va-et-vient vers une seconde extremite fuselee (7a), rune nageoire de queue (5, 71) liee au fuselage dorsal, vers la seconde extremite fuselee de celui-ci, cette liaison etant articulee autour d'un second axe (19) parallele au premier axe, de sorte que la nageoire est animee d'un mouvement de battement autour de ce second axe, la nageoire s'etendant, en position neutre, entre ses positions extremes de battement, sensiblement dans un plan contenant les premier et second axes, - et de preference des moyens (73b, 75) de limitation du battement pour limiter le battement de la nageoire, de part et d'autre du second axe (19). 2.Dispositif selon la revendication 1, caracterise en ce que: - le corps frontal (9) est situe vers ['avant (AVT) du dispositif, le fuselage dorsal (7) etant situe plus a l'arriere, - les moyens d'entrainement (31; 43a, 43b; 45a, 45b; 57a, 57b) vent situes a larriere du corps frontal, - et le premier axe (17) est situe plus a ltavant du corps frontal que les moyens dentramement. 3.- Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caracterise en ce que les moyens de liaison (55, 65a, 65b, 68, 67a, 67b, 72) comprennent: - un cadre (55) lie aux moyens d'entranement et done anime audit mouvement rotatif alternatif de va et vient, le fuselage et le cede etant 0 mobiles ensemble, - au moins deux arbres (65a, 65b; 68) stetendant suivant le premier axe (17), les arbres etant lies au cadre et traversant de facon etanche aux liquides le corps frontal (9) en deux endroits axialement opposes, le cadre etant articule suivant le mouvement de va et vient par rapport au corps frontal, autour du premier axe, - et des elements intermediaires de liaison (67a, 67b; 72) lies aux arbres et auxquels le fuselage dorsal est fixe pour transmettre le mouvement a ce fuselage. 4.- Dispositif selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que les moyens d'entranement comprennent un mecanisme comprenant: un vilebrequin (31) mb par le generateur d'energie et s'etendant suivant un axe (31a) perpendiculaire au premier axe, - deux bielles (43a, 43b) liees au vilebrequin et stetendant perpendiculairement a son axe (17) et au premier axe, les bielles etant done animees d'un mouvement alternatif de translation, - deux moyens intermediaires de transmission mecanique (45a, 45b; 57a, 57b) sur lesquels s'articulent les bielles, ces moyens intermediaires de transmission mecanique etant en outre fixes au cadre (55). 5.- Dispositif selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que les moyens de limitation du battement comprennent une butee mecanique (73a, 73b). 6.- Dispositif selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que les moyens de limitation du battement comprennent une lame (75) flexible a flexibilite elastique predeterminee. 7.- Dispositif selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que la nageoire de queue (5; 71) comprend: - une partie terminale (5) en forme de nageoire, o - et une partie intermediaire (71), articulee en rotation par rapport a la partie terminale autour d'un koisieme axe (69) parallele au second axe (19), cette partie intermediaire etant ellememe articulee par rapport au fuselage (7), vers la seconde exkemite fuselee (7a) de celui-ci, autour du deuxieme axe. 8.- Navire comprenant au moins un dispositif selon l'une des revendications precedentes, lie a sa coque (81, 90,100) et dispose dans sa partie immergee. 9.- Navire selon la revendication 8, caracterise en ce que la coque (90) constitue le corps frontal du dispositif. 10.- Navire selon la revendication 8 ou la revendication 9, caracterise en ce qu'un systeme d'enkamement dappoint (101,103; 105) est relic au fuselage dorsal (7) a l'endroit du second axe (19) et/ou du koisieme axe (69), pour completer l'effet de battement genere sur le fuselage dorsal a l'endroit du premier axe (17).