Brevet FR2970750A1 — publié le 20120727

.2970750 Domaine technique de l'invention Cette invention est relative aux moyens de propulsion dans les fluides gazeux ou liquides, comme l'air ou l'eau. Il vise à remplacer les hélices traditionnelles dans un grand nombre de cas, pour la propulsion de navires, mais aussi d'aéronefs, y compris des hélicoptères. Etat de la technique Tous les moyens de propulsion existants transforment une énergie mécanique en énergie cinétique par déplacement et accélération d'une masse de fluide au moyen de formes 10 hélicoïdales: hélices, `turbines. Cette accélération se fait d'avant en arrière (par rapport au véhicule déplacé). Les plus répandus de ces moyens de propulsion sont les hélices. Quel que soit le fluide, air ou eau, l'hélice de propulsion (ou de traction) utilise le phénomène de réaction pour appliquer une poussée au véhicule. La force appliquée au fluide est égale et opposée à la 15 force appliquée sur l'axe d'hélice. La force de poussée-est proportionnelle à la masse de fluide accéléré. Les pales de l'hélice mises en rotation par un moteur sont soumises à une force aérodynamique ou hydrodynamique se décomposant en une traction et un couple équilibrant le couple moteur. il y a une grande diversité dans les hélices et leurs mises en oeuvre. Les hélices imposent des contraintes importantes pour le dessin des carènes pour 20 les navires, ou les carlingues des aéronefs, qui doivent préserver les écoulements du fluide en amont et en aval pour un fonctionnement optimum de l'hélice. Les hélices sont très dangereuses pour l'environnement immédiat, ce qui peut limiter le champ d'utilisation du moyen de transport qui en est équipé. Le rendement de l'hélice est dépendant de la vitesse relative du fluide (courants). 25 La présente invention propose un dispositif alternatif aux hélices, et résolument original, dans la manière d'obtenir une poussée propulsive en déplaçant et accélérant la masse de fluide. Description La présente invention est un rotor à flux radial qui produit une poussée propulsive axiale par réaction du fluide dans lequel il est plongé et qu'il déplace et accélère lorsqu'il est mis en rotation autour de son axe (A) par un dispositif d'entraînement externe. Il a cela d'original, qu'il prélève et rejette le fluide par l'arrière du rotor, de sorte que les flux sont déviés dans le rotor entre l'entrée et la sortie suivant un angle dans le plan radial compris entre 90 et 180°, l'effet maximum étant ;obtenu pour un angle de 180°. Ce rotor est constitué d'une partie supérieure ou extrados (P) et d'une partie inférieure (Q) ou intrados qui délimitent une chambre. Cette chambre possède des ouvertures dans l'intrados autour de l'axe de rotation (A) et des ouvertures (S) distribuées en périphérie et situées soit dans l'intrados, soit dans l'extrados. La chambre est divisée par des cloisons radiales (C) en compartiments (D) qui, en reliant les ouvertures centrales (E) et les ouvertures périphériques (S) forment ainsi une série de conduits (D) disposés radialement autour de l'axe. Les formes données à l'intrados et l'extrados sont telles que les conduits (D) sont coudés d'un angle compris entre 90 et 180° dans le plan radial entre les ouvertures centrales (É) et périphériques (S). Des cloisons partielles radiales (CP), peuvent être disposées dans les compartiments de façon à contribuer à l'exercice d'une pression tangentielle sur le fluide et à guider l'écoulement. Les compartiments (D) faisant office de conduits coudés peuvent avoir une section à superficie constante sur tout le cheminement de l'écoulement du fluide entre les ouvertures (E) et les ouvertures (S), sans que cela soit une obligation. La paroi inférieure ou intrados (Q) peut avoir une forme semi-torique convexe vers l'extérieur (Figure 5) ou être associée solidairement ou non à une pièce rajoutée de cette géométrie de façon à former une tuyère (T) se rétrécissant vers l'ouverture (E) du rotor et guider les lignes de flux depuis les ouvertures de sortie (S) vers l'ouverture d'entrée (E). Les ouvertures (E) et (S) pouvant être sur la même face du rotor, celui-ci peut être très facilement intégré à un carter, une carène ou une carlingue. Le rotor est plongé dans un fluide, et en est rempli (fonctionnement « en charge »). Lorsqu'il est mis en rotation par l'action du dispositif d'entraînement externe auquel il est associé, le fluide contenu dans les compartiments (D) est accéléré vers les ouvertures périphériques (S) par l'effet de la pression tangentielle exercée parles cloisons (C) et les 2970750 -3 cloisons partielles (CP). Au centre du rotor, une dépression est alors provoquée et le fluide est aspiré dans les compartiments (D) par les ouvertures (E). La mise en rotation du rotor génère ainsi les écoulements du fluide dans les compartiments (D) qui le composent et une poussée axiale (F) est produite dans chaque compartiment (D) 5 conformément au principe de conservation de la quantité de mouvement. La résultante des poussées produites dans chaque compartiment (D) est une poussée propulsive axiale (F) sur le rotor. Les ouvertures centrales (E) des compartiments peuvent être réunies en une seule ouverture constituant une ouverture centrale (E) unique du rotor. 10 Le dispositif peut être intégré à un carénage de manière à ne laisser au contact de la masse de fluide que les parties du rotor où sont disposées les ouvertures centrales (E) et les ouvertures périphériques (S) de la chambre. Le dispositif ainsi décrit pourra être inclus dans un ensemble propulsif en étant associé à un élément moteur d'une nature quelconque. 15 Le dispositif décrit pourra être utilisé pour propulser un moyen de transport quelconque. On notera que ce dispositif n'est ni réversible (il ne se met pas en rotation si l'on force un flux dans le rotor), ni inversible (le sens de la poussée ést indépendant du sens de rotation). 20 Ce système de rotor présente de nombreux avantages sur d'autres moyens de propulsion par réaction notamment sur les hélices: il garantit une grande sécurité pour l'environnement immédiat du fait de l'absence de pales en rotation libre, un service relativement silencieux et une mise en oeuvre aisé avec tous les types de moteurs. Son intégration dans une carène ne nécessite pas de dégagement pour le flux d'entrée, au 25 contraire, il peut être caréné ou intégré dans un carter (par exemple dans une nacelle orientable), une carène ou une carlingue puisqu'il suffit que la face arrière du rotor, celle où se situent les ouverture (E) et (S) soit ouverte sur le milieu ambiant pour un fonctionnement « en charge ». De plus, pour des applications nautiques, le rotor restituant un débit de fluide en sortie sous la forme d'un rideau d'eau entourant la zone 30 d'entrée, il peut être mis en oeuvre non loin de la surface sans risquer d'aspirer de l'air. Ce même rideau assure une protection relative autour de la zone d'aspiration du fluide. Mode de Réalisation du rotor pour une application nautique. Pour une application nautique, un prototype de rotor a été fabriqué par assemblage de deux pièces usinées (tournage et fraisage) dans l'aluminium (Figure 1 a et b). La première pièce (Figure 1b et figure 2) comprend la surface supérieure (P) et les cloisons. Elle est percée sur l'axe de rotation (A) pour le passage de l'axe d'entrainement. La pièce a été fraisée dans la masse pour donner leurs formes intérieures aux parties supérieures des compartiments (D), aux cloisons principales (C) et aux cloisons partielles (CP), puis tournée pour lui donner sa forme extérieure. Dans chacune des 4 cloisons principales (C), un emplacement a été réservé pour l'assemblage avec la flasque (Q). Ces emplacements ont fait l'objet d'un perçage et d'un taraudage. La deuxième pièce (Figure 1a et figure 3) est une flasque (Q) fermant le rotor. Elle est réalisée par tournage d'une tôle d'aluminium de 20mm, puis percée pour le passage des boulons. Les deux pièces sont assemblées solidairement par 4 boulons en inox. C'est cet ensemble qui constitue le rotor et peut être monté sur un arbre d'entraînement en lieu et place d'une hélice. Applications industrielles La présente invention peut faire l'objet d'un grand nombre d'applications industrielles: Propulsion dans le domaine nautique, où elle peut a priori remplacer tout type d'hélice. Rappelons que le dispositif décrit n'est ni inversible ni réversible. Il peut être particulièrement adapté aux applications de propulseurs d'étraves, de propulseurs par nacelle orientable, ou l'inversion de sens de rotation n'est pas nécessaire pour une marche arrière puisque la nacelle orientable peut pivoter à 360°. Sa capacité à être intégrée à la carène ou un carter peut donner des résultats très intéressants en terme d'émissions acoustiques notamment pour les sous-marins. Dans le domaine aéronautique, l'invention est applicable à des aéronefs qui seraient conçus spécifiquement. Elle peut être intéressante pour une intégration sur des aéronefs de type ballons dirigeables. Elle peut être appliquée à l'hélicoptère en remplacement du rotor principal et/ou du rotor de queue. REVENDICATIONS1- Dispositif pour la production d'une poussée propulsive par réaction dans un fluide, caractérisé en ce qu'il consiste en un rotor composé d'une partie supérieure ou face avant dite extrados (P) et d'une partie inférieure ou face arrière dite intrados (Q), ces deux S parties délimitant une chambre disposant d'ouvertures centrales (E) situées dans l'intrados (Q) autour de l'axe de rotation (A) et d'ouvertures périphériques (S) situées en périphérie du rotor dans l'intrados (Q) ou l'extrados (P), ladite chambre étant compartimentée par des cloisons (C) radiales telles que les compartiments ainsi définis, de par la géométrie desdits intrados (Q) et extrados (P), forment des conduits (D) entre les ouvertures (E) et 10 les ouvertures (S) qui sont coudés suivant un angle alpha de 90° à 180° dans le plan radial, de sorte que l'écoulement du fluide qui est généré radialement dans ces compartiments par la mise en rotation du rotor à l'aide d'un dispositif d'entraînement extérieur, alors qu'il est plongé dans ce fluide, est dévié dans ces compartiments entre les ouvertures (È) et les ouvertures (S) suivant ledit angle alpha, induisant ainsi la poussée 15 propulsive axiale (F) par le principe de conservation de la quantité de mouvement. 2- Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les ouvertures centrales (E) et les ouvertures périphériques (S) des compartiments sont situées sur la même face arrière du rotor ou intrados (Q). 3 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce 20 que les ouvertures centrales (E) des compartiments sont réunies en une seule ouverture constituant une ouverture centrale (E) unique du rotor. 4- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que des cloisons partielles radiales (CP) sont installées au sein de chaque compartiment pour exercer une pression tangentielle sur le fluide et guider les écoulements. 25 5- Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque compartiment (D) conserve une section à superficie constante sur le chemin de l'écoulement du fluide, entre les ouvertures centrales (E) et les ouvertures périphériques (S) 2970750 -6- 6- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les ouvertures centrales (E) du rotor, situées autour de l'axe de rotation, sont équipées solidairement ou non, d'une pièce faisant fonction de tuyère (T). 7- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est intégré à un carénage de manière à ne laisser au contact de la masse de fluide que les parties du rotor où sont disposées les ouvertures centrales (E) et les ouvertures périphériques (S) de la chambre. 8- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la géométrie de l'intrados (Q) vers l'extérieur du rotor est un demi-tore (DT) 10 convexe. 9- Ensemble propulsif caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10- Moyen de transport caractérisé en qu'il comprend au moins un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.