Brevet FR3034747A1 — publié le 20161014

Pompe-hélice hydraulique à pas variable La présente invention concerne une pompe-hélice hydraulique, notamment pour un véhicule marin ou sous-marin. Une pompe-hélice est un dispositif de propulsion hydraulique à fort débit. On connait déjà, dans l'état de la technique, un dispositif de propulsion hydraulique de type pompe-hélice, comportant un stator, et un rotor mobile par rapport au stator autour d'un axe longitudinal. Le rotor comporte un arbre s'étendant le long de l'axe longitudinal et mobile en rotation autour de cet axe longitudinal, cet arbre étant muni d'une tête d'hélice (ou moyeu) comprenant des pales de rotor. Le stator est quant à lui destiné à être fixé à une partie structurelle d'un véhicule marin ou sous-marin, et comporte un support central supportant l'arbre du rotor. Le stator comporte également une tuyère de circulation hydraulique coaxiale avec l'arbre du rotor, et s'étendant autour des pales de rotor, délimitant un canal annulaire de circulation hydraulique avec le support central. Le stator comporte enfin des pales de stator s'étendant radialement entre le support central et la tuyère. La tuyère est destinée à canaliser l'eau, afin d'améliorer ainsi le débit hydraulique. Les pales de stator permettent d'appliquer une pré-rotation à l'eau en amont de l'hélice formée par les pales de rotor, si bien que l'eau arrive à l'hélice de manière homogène sur toute la surface de cette hélice. L'invention a notamment pour but d'améliorer un tel dispositif de propulsion, afin de pouvoir l'adapter à diverses situations. A cet effet, l'invention a notamment pour objet un dispositif de propulsion hydraulique, de type pompe-hélice, notamment pour un véhicule marin ou sous-marin, comportant un stator et un rotor mobile en rotation par rapport au stator, autour d'un axe longitudinal, tels que : - le rotor comporte un arbre s'étendant le long de l'axe longitudinal et mobile en rotation autour de cet axe longitudinal, cet arbre étant muni d'une tête d'hélice comprenant des pales de rotor, - le stator est destiné à être fixé à un élément structurel du véhicule, et comprend : - une tuyère de circulation hydraulique, s'étendant coaxialement autour des pales de rotor, - un support central, supportant l'arbre du rotor, et délimitant avec la tuyère un canal annulaire de circulation hydraulique, et - des pales de stator, s'étendant radialement entre le support central et la tuyère, 3034747 2 caractérisée en ce que : - le rotor comporte des moyens d'inclinaison de chaque pale de rotor autour d'un axe radial respectif perpendiculaire à l'axe longitudinal, - la tuyère comporte une partie rigide, liée aux pales de stator, et une partie 5 flexible, entourant les pales de rotor, - le stator comporte des moyens d'élargissement de la partie flexible de la tuyère, en corrélation avec l'inclinaison des pales de rotor autour de leurs axes radiaux respectifs. Grâce aux moyens d'inclinaison des pales de rotor, il est possible d'ajuster le pas du propulseur de quelques degrés afin de pouvoir utiliser des sources de puissance de 10 façon nominale. Cela est notamment le cas lors de la mise en marche d'un booster (indépendant ou non de la ligne propulsive), auquel cas l'accroissement du pas de quelques degrés permet à la source de puissance principale de délivrer sa pleine puissance. Cela est également le cas lorsque les sources de puissance disponible ne sont 15 plus entièrement utilisées pour la propulsion mais aussi pour une autre application (générateur, pompe, etc.) ou lorsque les sources de puissance sont partiellement stoppées (CODAD pour « COmbined Diesel And Diesel » en loi double, fonctionnement d'une ligne d'arbres en sillage, etc.) auquel cas le pas peut être abaissé de quelques degrés. 20 La plage de variation de pas est par exemple de plus ou moins 5° autour d'un pas nominal. Il est à noter que l'encombrement radial des pales de rotor est modifié lorsque ces pales de rotor sont inclinées. Dans un dispositif de propulsion de type pompe-hélice de l'état de la technique, la tuyère est entièrement rigide, si bien qu'elle ne permet pas 25 d'incliner les pales de rotor. Conformément à l'invention, la tuyère comporte une partie flexible et des moyens d'élargissement de cette partie flexible, si bien qu'il est possible d'adapter l'élargissement de cette partie flexible en corrélation avec la position angulaire des pales de rotor. La modification de pas est donc possible sans interférence entre les pales de rotor et la 30 tuyère. Un dispositif de propulsion selon l'invention peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables. - Les moyens d'élargissement de la partie flexible comportent : au moins un 35 organe élastique à effet radial, s'étendant dans la direction de l'axe longitudinal, au moins partiellement au contact de la partie flexible de la tuyère, et comportant une extrémité liée 3034747 3 à la partie rigide de la tuyère, et au moins un organe de poussée mobile, coopérant avec l'organe élastique à effet radial, propre à entraîner radialement ledit organe élastique. - L'organe de poussée mobile est un coulisseau monté mobile en translation parallèlement à l'axe longitudinal sur la partie rigide de la tuyère, les moyens 5 d'élargissement comportant des moyens de déplacement du coulisseau. - Les moyens de déplacement du coulisseau comportent un moteur électrique comprenant un stator secondaire fixé à la partie rigide de la tuyère, et un rotor secondaire mobile en rotation autour de l'axe longitudinal, relié au coulisseau par une liaison hélicoïdale autour de l'axe longitudinal, ledit coulisseau étant relié à la partie rigide de la 10 tuyère par une liaison glissière parallèle à l'axe longitudinal. - Chaque pale de stator s'étend dans la direction de l'axe longitudinal entre un bord d'attaque et un bord de fuite, et comporte une partie amont rigide comprenant le bord d'attaque, et une partie aval déformable comprenant le bord de fuite, le stator comportant des moyens de déformation de la partie aval de chaque pale de stator, par 15 flexion du bord de fuite, en corrélation avec l'inclinaison des pales de rotor autour de leurs axes radiaux respectifs. Ainsi, les pales de stator s'ajustent à l'orientation des pales de rotor. Cela permet d'assurer la continuité de l'écoulement hydrodynamique entre le bord de fuite de la pale de stator et le bord d'attaque de la pale de rotor. - Les moyens de déformation comportent un organe annulaire mobile en rotation 20 autour de l'axe longitudinal, auquel la partie aval déformable de chaque pale de stator est reliée, et des moyens d'entraînement en rotation de cet organe annulaire mobile. - Les moyens d'entraînement en rotation comportent ledit élément de poussée, et une liaison hélicoïdale entre cet élément de poussée et l'organe annulaire mobile. - Les moyens d'inclinaison des pales de rotor comportent un actionneur, porté par 25 l'arbre de rotor, mobile en translation le long de l'axe longitudinal, et relié à chaque pale de rotor par un système de cames respectif. - Le dispositif de propulsion comporte des moyens de synchronisation des moyens d'inclinaison et des moyens d'élargissement, assurant leur activation simultanée. L'invention concerne également un véhicule sous-marin, caractérisé en ce qu'il 30 comporte un dispositif de propulsion hydraulique tel que défini précédemment. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une demi-vue en coupe axiale d'un dispositif de propulsion 35 hydraulique selon un exemple de mode de réalisation de l'invention ; 3034747 4 - la figure 2 est une vue partielle en perspective du dispositif de propulsion hydraulique de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique de face du dispositif de propulsion hydraulique de la figure 1, montrant deux positions distinctes de pales de rotor de ce 5 dispositif de propulsion hydraulique ; - la figure 4 est une vue de profil d'une pale de rotor du dispositif de propulsion hydraulique de la figure 3, représentée dans deux positions distinctes ; - la figure 5 représente schématiquement une pale de stator et une pale de rotor, représentées dans deux positions distinctes, 10 - la figure 6 est une vue en coupe d'une pale de stator du dispositif de propulsion hydraulique, dans un plan de coupe parallèle à un axe longitudinal du rotor. On a représenté, sur la figure 1, un dispositif 10 de propulsion hydraulique, de type pompe-hélice. Un tel dispositif de propulsion 10 est notamment destiné à équiper un véhicule marin ou sous-marin. 15 Le dispositif de propulsion 10 comporte un stator 12, ainsi qu'un rotor 14 mobile en rotation par rapport au stator 12 autour d'un axe longitudinal X. Le rotor 14 comporte un arbre 16 s'étendant le long de l'axe longitudinal X, et mobile en rotation autour de cet axe longitudinal X. Cet arbre 16 est muni d'une tête d'hélice 18 (ou moyeu) comprenant des pales de rotor 20 réparties circonférentiellement 20 autour de l'axe longitudinal X. Chaque pale de rotor 20 est montée mobile en rotation par rapport à la tête d'hélice 18, autour d'un axe radial A perpendiculaire à l'axe longitudinal X. A cet effet, chaque pale de rotor 20 est reliée à la tête d'hélice 18 par l'intermédiaire d'un pied de pale 22 respectif, formant une liaison pivot avec cette tête d'hélice 18. 25 Chaque pied de pale 22 porte un doigt 24 respectif, excentré par rapport à l'axe radial A correspondant, si bien que l'actionnement de ce doigt 24 entraine l'inclinaison de la pale de rotor 20 correspondante autour de son axe radial A. Le rotor 14 comporte des moyens 26 d'inclinaison de chaque pale de rotor 20 autour de son axe radial A respectif, entre deux positions angulaires extrêmes. 30 Ces moyens d'inclinaison 26 comportent un actionneur 28, formé par un piston se déplaçant dans un corps de piston 30. Cet actionneur 28 porte, pour chaque pale de rotor 20, une surface de came 32 coopérant avec le doigt 24 de cette pale de rotor 20. Ainsi, le déplacement de l'actionneur 28 le long de l'axe longitudinal X entraine le coulissement de chaque doigt 24 sur la 35 surface de came 32 correspondante, entrainant ainsi la rotation de la pale de rotor 20 correspondante autour de son axe radial A. 3034747 5 Le stator 12 est destiné à être fixé à une partie structurelle du véhicule, notamment à un élément structurel 34, par exemple du type « bras de chaise ». Le stator 12 comporte une tuyère 36 de circulation hydraulique, solidaire de l'élément structurel 34, et coaxiale avec l'arbre du rotor 16. Cette tuyère 36 s'étend en 5 partie autour des pales de rotor 20. Le stator 12 comporte également un support central 38, supportant l'arbre 16 du rotor 14, notamment au moyen d'un palier 40 permettant le guidage en rotation de l'arbre 16 autour de l'axe longitudinal X. Le stator 12 comporte également des pales de stator 42, s'étendant radialement 10 entre le support central 38 et la tuyère 36. Ainsi, le support central 38 et la tuyère 36 sont reliés entre eux par l'intermédiaire de ces pales de stator 42. Chaque pale de stator 42 s'étend dans la direction de l'axe longitudinal X entre un bord d'attaque 44 et un bord de fuite 46, le bord de fuite 46 étant agencé à proximité des pales de rotor 20. Ainsi, l'eau circulant dans le dispositif de propulsion 10 est 15 préalablement déviée par les pales de stator 42, de manière à entrer en rotation en amont des pales de rotor 20. Comme cela est notamment représenté sur la figure 6, chaque pale de stator 42 comporte une partie amont rigide 48 comprenant le bord d'attaque 44, et une partie aval déformable 50 comprenant le bord de fuite 46. Par exemple, la partie aval déformable 50 20 comporte une armature métallique recouverte d'élastomère. Le stator 12 comporte des moyens 52 de déformation de la partie aval 50 de chaque pale de stator 42, notamment par flexion du bord de fuite 46, et cela en corrélation avec la position angulaire des pales de rotor 20. En effet, pour conserver une bonne continuité de l'écoulement hydrodynamique 25 entre le bord de fuite 46 des pales de stator 42 et les pales de rotor 20, il est nécessaire de modifier l'orientation des pales de stator 42 lorsque l'inclinaison des pales de rotor 20 est modifiée. Toutefois, les pales de stator 42 étant nécessairement au moins partiellement fixes structurellement, pour assurer la liaison mécanique entre la tuyère 36 et le support central 30 38, cette modification d'orientation est réalisée en mettant en torsion le bord de fuite 46 de ces pales de stator 42. On a représenté sur la figure 5, une pale de stator 42 et une pale de rotor 20, dans une première position en traits pleins, et dans une seconde position en pointillés. Comme cela est notamment représenté sur la figure 2, les moyens de déformation 35 52 comportent un organe annulaire extérieur 54 mobile en rotation autour de l'axe longitudinal X, la partie aval déformable 50 de chaque pale de stator 42 étant reliée à cet 3034747 6 organe annulaire extérieur 54, par l'intermédiaire d'un doigt d'entrainement en torsion 56 respectif. La partie aval déformable 50 de chaque pale de stator est également reliée à un organe annulaire intérieur 55, monté libre en rotation autour du support central 38. 5 Les moyens de déformation 52 comportent par ailleurs des moyens 58 d'entrainement en rotation de l'organe annulaire mobile 54 autour de l'axe longitudinal X. Ces moyens d'entrainement en rotation 58 comportent un coulisseau 60, de forme générale de révolution autour de l'axe longitudinal X, mobile en translation le long de cet axe longitudinal X, et relié à l'organe annulaire 54 par l'intermédiaire d'un système de 10 cames 62. Le système de cames 62 est par exemple formé par un élément mâle 64 porté par l'organe annulaire 54, coulissant dans une glissière d'entrainement en rotation 66 portée par le coulisseau 60. La glissière d'entrainement 66 s'étend par exemple le long d'une spirale définie autour de l'axe longitudinal X. Avantageusement, les moyens de déformation 52 sont synchronisés avec les 15 moyens d'inclinaison 26, de manière à conserver la continuité d'écoulement souhaitée entre les pales de stator 42 et les pales de rotor 20. A cet effet, ces moyens de déformation 52 et d'inclinaison 26 sont par exemple commandés simultanément par un dispositif de commande commun. Il est à noter que, lorsque les pales de rotor 20 sont inclinées autour de leur axe 20 radial A, leur encombrement radial augmente. On a notamment représenté sur les figures 3 et 4, en traits pleins, les pales de rotor 20 dans une première configuration, et en pointillés, les pales de rotor 20 en une seconde configuration. Il apparaît que les pales de rotor 20 dans la seconde configuration s'étendant radialement au-delà des pales de rotor 20 dans la première configuration. 25 Ainsi, pour éviter un frottement des pales de rotor 20 contre la tuyère 36, cette tuyère 36 comporte une partie flexible 68 entourant les pales de rotor 20. La tuyère 36 comporte également une partie rigide 70, qui est liée aux pales de stator 42 et à l'élément structurel 34. Le stator 12 comporte des moyens 72 d'élargissement de la partie flexible 68 de la 30 tuyère 36, destinés à modifier le diamètre de la partie flexible 68 en corrélation avec la position angulaire des pales de rotor 20, de façon à conserver un jeu entre les pales de rotor 20 et la partie flexible 68. On a représenté, sur les figures 3 et 4, en traits pleins, la partie flexible 68 dans une première configuration, lorsque les pales de rotor 20 sont dans leur première configuration, et en pointillés, la partie flexible 68 dans une seconde 35 configuration, lorsque les pales de rotor 20 sont dans leur seconde configuration. 3034747 7 Les moyens d'élargissement 72 comportent au moins un organe élastique à effet radial 74, s'étendant dans la direction de l'axe longitudinal X, au moins partiellement au contact de la partie flexible 68 de la tuyère 36, et comportant une extrémité 76 liée à la partie rigide 70 de la tuyère 36. Cet organe élastique 74 est par exemple formé par un 5 peigne en acier à ressort. La partie flexible 68 est par exemple réalisée en élastomère, l'organe élastique 74 étant au moins partiellement noyé dans cette partie flexible 68. Ainsi, la déformation de l'organe élastique 74 entraine la déformation de la partie flexible 68. A cet effet, les moyens d'élargissement 72 comportent au moins un organe de 10 poussée mobile, coopérant avec l'organe élastique à effet radial 74, de manière à entrainer radialement cet organe élastique 74. Dans l'exemple représenté, ledit organe de poussée est formé par le coulisseau 60. Ce coulisseau 60 est monté mobile en translation parallèlement à l'axe longitudinal 15 X sur la partie rigide 70 de la tuyère 36. Ce coulisseau 60 est entrainé en translation par des moyens de déplacement 78, comprenant un moteur électrique 80 comportant un stator secondaire 82 fixé à la partie rigide 70, et un rotor secondaire 84 mobile en rotation autour de l'axe longitudinal X, relié au coulisseau 60 par une liaison hélicoïdale 86 définie autour de l'axe longitudinal X. Le 20 rotor secondaire 84 est guidé en rotation par un palier 85 solidaire de la partie rigide 70. Le coulisseau 60 est alors relié à la partie rigide 70 de la tuyère 36 par une liaison glissière 88 parallèle à l'axe longitudinal X. Ainsi, la rotation du rotor secondaire 84 entraine la translation du coulisseau 60 parallèlement à l'axe longitudinal X. Avantageusement, le coulisseau 60 comporte une couronne galet 90 coopérant 25 avec l'organe élastique 74. Il est à noter que les moyens d'élargissement 72 sont également synchronisés avec les moyens d'inclinaison 26, pour assurer leur activation simultanée. A cet effet, ces moyens d'élargissement 72 et d'inclinaison 26 sont par exemple commandés simultanément par un dispositif de commande commun. 30 On notera que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation précédemment décrit, mais pourrait présenter diverses variantes. On pourrait par exemple prévoir un organe de poussée pour les moyens d'élargissement 72, qui soit distinct du coulisseau 60 des moyens de déformation 52. REVENDICATIONS1. Dispositif de propulsion hydraulique (10), de type pompe-hélice, notamment pour un véhicule marin ou sous-marin, comportant un stator (12) et un rotor (14) mobile en rotation par rapport au stator (12), autour d'un axe longitudinal (X), tels que : - le rotor (14) comporte un arbre (16) s'étendant le long de l'axe longitudinal (X) et mobile en rotation autour de cet axe longitudinal (X), cet arbre (16) étant muni d'une tête d'hélice (18) comprenant des pales de rotor (20), - le stator (12) est destiné à être fixé à un élément structurel (34) du véhicule, et comprend : - une tuyère (36) de circulation hydraulique, s'étendant coaxialement autour des pales de rotor (20), - un support central (38), supportant l'arbre (16) du rotor (14), et délimitant avec la tuyère (36) un canal annulaire de circulation hydraulique, et - des pales de stator (42), s'étendant radialement entre le support central (38) et la tuyère (36), caractérisée en ce que : - le rotor (14) comporte des moyens (26) d'inclinaison de chaque pale de rotor (20) autour d'un axe radial (A) respectif perpendiculaire à l'axe longitudinal (X), - la tuyère (36) comporte une partie rigide (70), liée aux pales de stator (42), et une partie flexible (68), entourant les pales de rotor (20), - le stator (12) comporte des moyens (72) d'élargissement de la partie flexible (68) de la tuyère (36), en corrélation avec l'inclinaison des pales de rotor (20) autour de leurs axes radiaux (A) respectifs. 2. Dispositif de propulsion (10) selon la revendication 1 dans lequel les moyens d'élargissement (72) de la partie flexible (68) comportent : - au moins un organe élastique à effet radial (74), s'étendant dans la direction de l'axe longitudinal (X), au moins partiellement au contact de la partie flexible (68) de la tuyère (36), et comportant une extrémité (76) liée à la partie rigide (70) de la tuyère (36), - au moins un organe de poussée (60) mobile, coopérant avec l'organe élastique à effet radial (74), propre à entraîner radialement ledit organe élastique (74). 3. Dispositif de propulsion (10) selon la revendication 2, dans lequel l'organe de poussée mobile (60) est un coulisseau monté mobile en translation parallèlement à l'axe 3034747 9 longitudinal (X) sur la partie rigide (70) de la tuyère (36), les moyens d'élargissement (72) comportant des moyens (78) de déplacement du coulisseau (60). 4. Dispositif de propulsion (10) selon la revendication 3, dans lequel les moyens 5 (78) de déplacement du coulisseau (60) comportent un moteur électrique (80) comprenant un stator secondaire (82) fixé à la partie rigide (70) de la tuyère (36), et un rotor secondaire (84) mobile en rotation autour de l'axe longitudinal (X), relié au coulisseau (60) par une liaison hélicoïdale (86) autour de l'axe longitudinal (X), ledit coulisseau (60) étant relié à la partie rigide (70) de la tuyère (36) par une liaison glissière (88) parallèle à l'axe 10 longitudinal (X). 5. Dispositif de propulsion (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque pale de stator (42) s'étend dans la direction de l'axe longitudinal (X) entre un bord d'attaque (44) et un bord de fuite (46), et comporte une 15 partie amont rigide (48) comprenant le bord d'attaque (44), et une partie aval déformable (50) comprenant le bord de fuite (46), le stator (12) comportant des moyens (52) de déformation de la partie aval (50) de chaque pale de stator (42), par flexion du bord de fuite (46), en corrélation avec l'inclinaison des pales de rotor (20) autour de leurs axes radiaux (A) respectifs. 20 6. Dispositif de propulsion (10) selon la revendication 5, dans lequel les moyens de déformation (52) comportent un organe annulaire (54) mobile en rotation autour de l'axe longitudinal (X), auquel la partie aval déformable (50) de chaque pale de stator (42) est reliée, et des moyens (58) d'entraînement en rotation de cet organe annulaire mobile 25 (54). 7. Dispositif de propulsion (10) selon la revendication 6, prise en combinaison avec l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel les moyens d'entraînement en rotation (58) comportent ledit élément de poussée (60), et une liaison hélicoïdale (62) 30 entre cet élément de poussée (60) et l'organe annulaire mobile (54). 8. Dispositif de propulsion (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens (26) d'inclinaison des pales de rotor (20) comportent un actionneur (28), porté par l'arbre de rotor (16), mobile en translation le long de l'axe 35 longitudinal (X), et relié à chaque pale de rotor (20) par un système de cames (24, 32) respectif. 3034747 10 9. Dispositif de propulsion (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant des moyens de synchronisation des moyens d'inclinaison (26) et des moyens d'élargissement (72), assurant leur activation simultanée. 10. Véhicule sous-marin, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de propulsion (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.