Brevet FR2943096A1 — publié le 20100917

HELICE, GROUPE MOTO-VENTILATEUR ET VEHICULE EQUIPES DE CETTE HELICE [000l] L'invention concerne une hélice ainsi qu'un groupe moto-ventilateur (GMV) et un véhicule équipés de cette hélice. [0002] Des véhicules, tels que les véhicules automobiles, comportent des groupes moto-ventilateurs. Ces groupes moto-ventilateurs sont utilisés à diverses fins telles que le refroidissement du moteur de traction et des différents organes mécaniques de la chaîne de traction ; la ventilation d'un condenseur de climatisation de l'habitacle, et/ ou d'un radiateur ou refroidisseur d'air de suralimentation ou la ventilation de différents composants en sous-capot (batterie, alternateur,... etc.). Cette liste n'est bien sûr pas limitative. [0003] L'un des éléments principaux du groupe moto-ventilateur est l'hélice. Ces hélices ont principalement deux modes de fonctionnement. Un mode de fonctionnement actif dans lequel elles contribuent à l'apport de puissance aéraulique, c'est-à-dire qu'elle augmente la puissance du courant d'air introduit en sous-capot, et un mode de fonctionnement résistif dans lequel elles entraînent une perte de charge diminuant la puissance aéraulique du courant d'air introduit en sous-capot. [0004] Par ailleurs, la performance d'une hélice dépend fortement de sa géométrie qui détermine son coefficient CZ de portance et son coefficient CX de traînée, et de paramètres cinématiques tels que l'orientation vectorielle des veines de fluide par rapport au bord d'attaque et au bord de fuite des pales de l'hélice. [0005] Pour un jeu de paramètres cinématiques donné, la meilleure performance de l'hélice est obtenue pour une géométrie donnée. Il a donc déjà été proposé de faire varier la géométrie d'une hélice pour l'adapter au mieux aux conditions d'utilisation. Par exemple, il a été proposé de déplacer les pales de l'hélice par rapport au moyeu sous le contrôle d'une unité électronique de commande (voir par exemple la demande de brevet FR 2 910 537). [0006] Ainsi, des hélices connues comprennent :un moyeu central, au moins une pale montée de façon déplaçable sur ce moyeu, etun matériau d'assemblage logé entre la pale et le moyeu pour retenir la pale dans une première position. [0007] Toutefois, les mécanismes connus de déplacement des pales de l'hélice sont complexes et peu pratiques. [000s] L'invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant une hélice dont la géométrie ou son orientation sont plus facilement modifiables. [0009] Elle a donc pour objet une hélice comportant une charnière retenant un premier élément (tel qu'une pale) à un second élément (tel que le moyeu central) dans une première position, cette charnière étant formée d'un matériau d'assemblage qui présente une viscosité qui varie en fonction du temps lorsqu'il est soumis à un effort constant de manière à permettre un déplacement du premier élément par rapport au second élément de la première position vers une seconde position en réponse à un effort exercé sur ce premier élément. [ooio] Dans l'hélice ci-dessus, l'utilisation du matériau d'assemblage permet de faire varier simplement l'orientation géométrique de l'hélice. En effet, pour modifier la géométrie de cette hélice, il suffit de faire varier la viscosité du matériau d'assemblage. Or, il est très simple de faire varier la viscosité de ce matériau d'assemblage puisqu'il suffit, par exemple, d'exercer un effort constant sur ce matériau. Ici, l'effort sur le matériau est fonction de celui exercé sur la pale ce qui permet d'adapter automatiquement l'orientation géométrique de l'hélice aux conditions de fonctionnement. Il n'est donc pas systématiquement nécessaire d'avoir recours à des calculateurs électroniques pour faire cela. [0011] De plus, puisque ce matériau d'assemblage nécessite que l'effort soit appliqué pendant une certaine durée pour que la viscosité varie, les brusques variations d'effort sont amorties. [0012] Les modes de réalisation de cette hélice peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. [0013] Ainsi, dans une variante, le matériau d'assemblage est également un matériau élastique propre à se déformer de façon élastique entre les première et seconde positions. [0014] Dans une variante, ce matériau d'assemblage est un matériau thixotrope ou anti-thixotrope. [0015] Dans une variante, ce matériau d'assemblage est une colle adhérée d'un côté sur le premier élément, par exemple une pale, et de l'autre côté sur le second élément, par exemple le moyeu, pour retenir la pale sur le moyeu [0016] Dans une variante, l'hélice comprend une butée pour limiter la course de la pale lorsque celle-ci se déplace. [0017] Dans une variante, l'un du premier ou du second élément comprend un téton, l'autre élément comprend un logement dans lequel est reçu le téton, le matériau d'assemblage étant introduit à l'intérieur du logement entre des faces respectives du logement et du téton. [0018] Dans une variante, l'élément qui comprend le logement comprend également une rainure d'assemblage permettant d'introduire le téton à l'intérieur du logement. [0019] Ces modes de réalisation de l'hélice présentent en outre les avantages suivants : • l'élasticité du matériau d'assemblage permet de ramener la pale dans la première position en absence d'effort sur celle-ci, par exemple ; • lorsque le matériau d'assemblage est une colle, celui-ci remplit en plus la fonction de moyen de fixation de la pale sur le moyeu ; • l'utilisation d'une butée permet de délimiter précisément la course de la pale ; • l'utilisation d'un téton et d'un logement permet d'améliorer la tenue mécanique de la pale sur le moyeu tout en permettant l'adaptation automatique de la géométrie de l'hélice en fonction des efforts qu'elle subit ; • l'utilisation d'une rainure d'assemblage permet de faciliter le montage du téton à l'intérieur du logement. [0020] L'invention a également pour objet un groupe moto-ventilateur et un véhicule comportant l'hélice ci-dessus. [0021] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : • la figure 1 est une illustration schématique d'un véhicule équipé d'un groupe 5 moto-ventilateur comportant une hélice ; • la figure 2 est une illustration schématique et en perspective de l'hélice du véhicule de la figure 1 ; • la figure 3 est une illustration schématique en perspective d'une pale de l'hélice de la figure 2 ; 10 • la figure 4 est une illustration schématique, en perspective et partielle, du moyeu et d'une virole de l'hélice de la figure 2 ; • la figure 5 est une illustration schématique et en perspective d'un téton et d'un logement utilisés pour l'assemblage de l'hélice ; • la figure 6 est un organigramme d'un procédé de réalisation et d'utilisation de 15 l'hélice de la figure 2 ; • la figure 7 est une illustration schématique et en perspective de l'hélice de la figure 2 lorsque les pales de celle-ci sont dans une position escamotée. [0022] Dans la suite de cette description, il sera supposé que la charnière est disposée entre une pale et un moyeu central de l'hélice mais ce principe de charnière 20 peut tout aussi bien s'appliquer aux bras redresseurs solidaires de la buse ou virole fixe d'intégration et placés en aval du flux d'air sur la partie statique d'un groupe moto-ventilateur. [0023] La figure 1 représente un véhicule 2 tel qu'un véhicule automobile. Ce véhicule 2 est équipé d'un groupe moto-ventilateur 4 destiné à refroidir un moteur 5 25 de traction et différents organes de la chaîne de traction non représentés. Le moteur 5 entraîne en rotation des roues motrices. Pour simplifier la figure 1, seule une roue motrice 7 a été représentée. [0024] Le groupe moto-ventilateur 4 comprend une hélice 6 logée dans une buse 8 ou une virole fixe d'intégration. Pour simplifier la figure 1, seule la partie supérieure de 30 l'hélice 6 a été représentée. [0025] Comme représenté plus en détail sur la figure 2, cette hélice 6 comprend un moyeu central ou � bol � 10 qui tourne autour d'un axe de rotation 12, huit pales 14 qui s'étendent radialement à partir de la périphérie du moyeu 10, et une virole tournante 16 à laquelle sont mécaniquement raccordées les extrémités des pales 14 situées à l'opposé du moyeu 10. [0026] L'hélice 6 est entraînée en rotation autour de l'axe 12 par un moteur non représenté. [0027] La géométrie de l'hélice 6 est modifiable de manière à ce que celle-ci conserve les performances souhaitées aussi bien lorsqu'elle est utilisée dans un mode de fonctionnement actif que dans un mode de fonctionnement résistif. Par exemple, la performance souhaitée consiste à maintenir le ratio CZ/CX aussi grand que possible dans chaque mode d'utilisation. A cet effet, comme il sera décrit en détail plus loin, les pales 14 sont déplaçables entre une position de repos (représentée sur la figure 2) et une position escamotée (représentée sur la figure 7). [0028] Pour permettre ce déplacement de chaque pale 14 de sa position de repos vers sa position escamotée, les extrémités de chaque pale 14 sont raccordées, respectivement, au moyeu 10 et à la virole 16 par l'intermédiaire d'un mécanisme de charnière permettant à chaque pale 14 de pivoter autour d'un axe radial 20 (Figure 3) perpendiculaire à l'axe 12. De plus, ici, ce mécanisme de charnière est équipé de moyens élastiques permettant de stocker suffisamment d'énergie potentielle pour ramener la pale 14 de sa position escamotée vers sa position de repos sans apport d'énergie extérieur. [0029] Un tel mécanisme de charnière va maintenant être décrit en regard des figures 3 à 5. [0030] Comme représenté sur la figure 3, chaque pale 14 est équipée à chacune de ses extrémités, respectivement, de tétons 24 et 26 en relief. Ces tétons 24 et 26 sont centrés sur l'axe 20. [0031] Comme représenté sur la figure 4, le moyeu 10 et la virole 16 sont équipés pour chaque pale, respectivement, de logements 28 et 30. Ces logements 28 et 30 sont destinés à recevoir, respectivement, les tétons 24 et 26 de la pale 14. [0032] Le téton 24 et le logement 28 sont identiques au téton 26 et au logement 30. Ainsi, seul le téton 24 et le logement 28 sont décrits ci-dessous plus en détail. [0033] La figure 5 représente plus en détail le téton 24 logé à l'intérieur du logement 28 lorsque la pale 14 est dans sa position de repos. Sur la figure 5, le logement 28 et le téton 24 sont visibles par transparence au travers de la pale 14. [0034] Les dimensions du logement 28 sont plus grandes que celles du téton 24 de manière à permettre un pivotement du téton 24 autour de l'axe 20. [0035] L'espace nécessaire au pivotement du téton 24 à l'intérieur du logement 28 est ici rempli d'une colle thixotrope 30. Cette colle 30 est directement adhérée d'un côté sur des faces 32 du téton et de l'autre côté sur des faces 34 du logement. Elle permet donc de retenir le téton 24 à l'intérieur du logement 28. De plus, la colle 30 est répartie tout autour du téton 24 de manière à maintenir la pale 14 dans sa position de repos lorsqu'aucun effort ne s'exerce sur celle-ci. [0036] La colle 30 comprend des composants élastomères de manière à présenter une élasticité suffisante pour permettre un déplacement réversible et sans déformation permanente de la pale 14 entre sa position de repos et sa position escamotée. Ici, la colle 30 est apte à stocker assez d'énergie potentielle pour ramener, sans apport d'énergie extérieure, la pale 14 de sa position escamotée vers sa position de repos lorsque les efforts sur la pale 14 ont disparu. [0037] La position du téton 24 dans la position escamotée est représentée sur la figure 5 par une ligne en pointillés. [0038] La colle 30 est une colle thixotrope, c'est-à-dire que sa viscosité diminue en fonction du temps lorsqu'elle subit un effort constant. Ici, la colle 30 subit au moins une partie de l'effort appliqué sur la pale 14 puisqu'elle est coincée entre le téton 24 et les faces intérieures du logement 28. Pour conférer des propriétés thixotropes à la colle 30, celle-ci incorpore des matériaux thixotropes. Des modes de réalisation d'une telle colle thixotrope sont décrits, par exemple, dans les demandes de brevet suivantes EP 1 674 547, et WO 01 08984. [0039] Les faces intérieures du logement 28 forment également des butées pour limiter le débattement angulaire de la pale 14 autour de l'axe 20. [0040] Enfin, le moyeu 10 comporte une rainure 38 d'assemblage. Cette rainure 38 débouche d'un côté à l'intérieur du logement 28 et de l'autre côté sur une face extérieure du moyeu 10. Cette rainure est conçue pour permettre l'introduction du téton 24 à l'intérieur du logement 28. [0041] La réalisation et le fonctionnement de l'hélice 6 vont maintenant être décrits plus en détail en regard du procédé de la figure 6. [0042] Initialement, lors d'une phase 40, l'hélice 6 est réalisée. Cette phase 40 débute par une étape 42 de fabrication du moyeu 10, de la virole 16 et des pales 14 les uns indépendamment des autres. Par exemple, ces éléments sont réalisés par injection de plastique dans un moule. [0043] Une fois que chacun de ces éléments est fabriqué, ils sont assemblés les uns aux autres lors d'une étape 44 pour former l'hélice 6. Lors de l'étape 44, chaque téton 24 est introduit à l'intérieur du logement 28 par l'intermédiaire de la rainure 38 d'assemblage lors d'une opération 46. Ensuite, la pale 14 est maintenue dans sa position de repos et, lors d'une opération 48, la colle 30 est introduite dans le logement 28 par l'intermédiaire de la rainure 38. La colle 30 est par exemple injectée dans le logement 28 et se répartit tout autour du téton 24. [0044] Une fois que chacune des pales 14 a été assemblée d'un côté au moyeu 10 et de l'autre côté à la virole 16, l'assemblage de l'hélice 6 est fini. [0045] Une fois cet assemblage fini, l'hélice est utilisée dans le groupe moto-ventilateur 4. Débute alors une phase 50 d'utilisation de l'hélice 6. Par exemple, lorsque le véhicule 2 roule à vitesse élevée, l'effort sur les pales 14 dans une direction parallèle à la direction à l'axe 12 est important. Cet effort est subi, au moins en partie, par la colle 30. La viscosité de la colle 30 décroît alors en fonction du temps. La pale 14 peut alors tourner autour de l'axe 20 pour passer de sa position de repos vers sa position escamotée. Ainsi, lorsque la vitesse est élevée, dans sa position escamotée, l'hélice 6 présente une perte de charge réduite. On remarquera qu'ici, le déplacement de la pale 14 de la position de repos vers la position escamotée utilise uniquement l'énergie aéraulique de l'air qui vient heurter les pales 14. [0046] Lorsque la vitesse du véhicule diminue, et que celui-ci roule à vitesse faible, l'effort sur les pales dans la direction de l'axe 12 est faible. La pale 14 revient alors à sa position de repos grâce à la sollicitation élastique de la colle 30. Une fois dans sa position de repos, la viscosité de la colle 30 augmente de nouveau, ce qui verrouille la pale 14 dans sa position de repos. [0047] Ainsi, l'hélice 6 adapte automatiquement sa géométrie en fonction de ses conditions d'utilisation. De plus, on évite des déplacements des pales entre leur position de repos et leur position escamotée en réponse à des pics d'effort car, pour que la pale se déplace de l'une de ses positions vers l'autre, il faut exercer un effort sur la pale pendant un certain temps pour obtenir un changement de la viscosité de la colle 30. [0048] Ici, les formes du téton 24 et du logement 28 qui délimitent le débattement de la pale 14 sont choisies, par exemple, pour maintenir le rapport des coefficients CZ/CX le plus élevé possible aussi bien en mode de fonctionnement actif qu'en mode de fonctionnement résistif. [0049] De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, on peut remplacer la colle thixotrope par une colle anti-thixotrope. Un matériau antithixotrope se caractérise par le fait que sa viscosité augmente en fonction du temps lorsqu'un effort constant est appliqué sur ce matériau. Ainsi, une colle anti-thixotrope a un comportement opposé à celui de la colle thixotrope 30. Cela permet d'adapter de façon différente la géométrie de l'hélice aux conditions de fonctionnement. [0050] En variante, la colle 30 ou la colle anti-thixotrope est remplacée par un matériau, respectivement, thixotrope ou anti-thixotrope qui ne remplit pas la fonction de colle. Dans ce cas, la retenue mécanique de la pale sur le moyeu est assurée à l'aide d'autres moyens tels que par coopération de formes complémentaires de la pale et du moyeu. Ces moyens de fixation supplémentaires permettent un déplacement de la pale par rapport au moyeu. [0051] Le matériau thixotrope ou anti-thixotrope peut être logé à l'intérieur d'un logement étanche duquel il ne peut pas s'échapper lorsque sa viscosité est très faible. Par exemple, le matériau thixotrope ou anti-thixotrope ne peut pas s'échapper de ce logement étanche lorsqu'il est liquide. [0052] Le mécanisme de charnière décrit ici peut être appliqué uniquement à une partie seulement des pales. Par exemple, seule une pale sur deux de l'hélice est équipée d'un mécanisme de charnière permettant leur déplacement par rapport au moyeu. Il est également possible de déformer la géométrie que d'une partie seulement d'une même pale. Dans ce cas, le mécanisme de charnière permet simplement le déplacement d'une partie de la pale et non pas de la totalité de la pale par rapport au moyeu. Par exemple, l'autre partie de la pale est alors fixée sans aucun degré de liberté au moyeu et l'on considère ici qu'elle fait partie du moyeu. [0053] Il est possible de réaliser un mécanisme de charnière sans utiliser un téton et un logement. Par exemple, l'hélice est moulée en une seule pièce puis, les pales de l'hélice sont découpées au laser pour les désolidariser du moyeu et de la virole. Enfin, on colle chacune de ces pales sur le moyeu et la virole à l'aide de la colle thixotrope ou anti-thixotrope décrite précédemment. Dans ce cas, la colle est directement introduite entre les faces de la pale à coller et du moyeu ou de la virole l'une sur l'autre sans qu'un logement ou un téton soit utilisé. Le fonctionnement d'une telle hélice est alors similaire à celui décrit en regard de la figure 6. [0054] Dans d'autres modes de réalisation d'une hélice, la virole est omise. [0055] Enfin, le mécanisme de charnière décrit ici peut également être adapté pour permettre un déplacement angulaire des pales le long de la périphérie du moyeu. Dans ce cas, le mécanisme de charnière permet un déplacement de la pale autour de l'axe 12 de rotation du moyeu. REVENDICATIONS1. Hélice comportant :au moins un premier élément lié à un second élément, les premier et second élément étant liés par une charnière pour retenir le premier élément dans une première position, ladite charnière étant formée par un matériau (30) d'assemblage qui présente une viscosité qui varie en fonction du temps lorsqu'il est soumis à un effort constant de manière à permettre un déplacement du premier élément par rapport au second élément de la première position vers une seconde position en réponse à un effort exercé sur ledit premier élément. 2. Hélice selon la revendication 1, dans laquelle ledit premier élément est une pale (14) et ledit second élément le moyeu central (10) de l'hélice. le matériau d'assemblage (30) étant logé entre la pale et le moyeu. 3. Hélice selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle le matériau (30) d'assemblage est également un matériau élastique propre à se déformer de façon élastique entre les première et seconde positions. 4. Hélice selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau (30) d'assemblage est un matériau thixotrope ou anti-thixotrope. 5. Hélice selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau (30) d'assemblage est une colle adhérée d'un côté sur le premier élément (14) et de l'autre côté sur le second élément (10). 6. Hélice selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'hélice comprend une butée (34) pour limiter la course du premier élément. 7. Hélice selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier élément (14) ou le second élément (10) comprend un téton (24) et l'autre comprend un logement (28) dans lequel est reçu le téton, le matériau (30) d'assemblage étant introduit à l'intérieur du logement entre des faces respectives (32, 34) du logement et du téton. 8. Hélice selon la revendication 7, dans laquelle l'élément qui comprend le logement (28), comprend également une rainure (38) d'assemblage permettant d'introduire le téton à l'intérieur du logement. 9. Groupe moto-ventilateur, caractérisé en ce qu'il comprend une hélice (6) conforme 5 à l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend une hélice (6) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8.