Brevet FR3053411A1 — publié le 20180105

La présente invention concerne un système de propulsion à inertie pour des engins mobiles. Les différents engins mobiles comportent des systèmes de propulsion comprenant pour les véhicules terrestres une motorisation entraînant des roues motrices, et pour les véhicules se déplaçant dans un fluide comme les aéronefs et les bateaux, une hélice qui prend appui sur le fluide, comme l'air ou l'eau, pour le rejeter vers l'arrière en générant une force d'entraînement vers l'avant. Les motorisations de ces engins mobiles nécessitent donc des transmissions de mouvement vers le sol pour les roues motrices, ou des 10 systèmes d'hélice, qui présentent un encombrement, une certaine complexité, ainsi qu'une certaine dangerosité. En variante il est connu pour les fusées notamment, d'utiliser un système à réaction emportant à la fois le carburant et le comburant pour réaliser une combustion interne éjectant des masses de gaz par une tuyère à une vitesse 15 très élevée. Ces systèmes rejetant une grande masse de gaz sont valables notamment pour l'espace en l'absence d'atmosphère. Par ailleurs des systèmes propulseurs à inertie connus, présentés notamment par les documents FR-A1-2884070 ou FR-A1-2846725, comportent des masses en rotation présentant des balourds entraînées par un système 20 magnétique ou mécanique, qui par la rotation de ces masses génèrent en réaction un certain mouvement de l'engin qui les supporte. Toutefois par le principe de conservation du mouvement, lors du retour de ces masses on obtient un mouvement sensiblement inverse de l'engin ce qui fait que son déplacement est nul. 25 La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure en générant des innovations en réelle rupture tant dans la propulsion spatiale que dans le transport terrestre. Elle propose à cet effet un système de propulsion à inertie prévu pour faire avancer un engin mobile suivant une direction d'avance, comportant une 30 masse circulant dans un tube de guidage formant un circuit suivant un cycle fermé comprenant une trajectoire aller présentant une composante suivant la direction d'avance, et une trajectoire retour présentant une composante suivant 3053411 2 la direction opposée à l'avance, ce système comprenant un moyen de motorisation utilisant une énergie mettant en mouvement cette masse dans la trajectoire aller, ce système de propulsion étant remarquable en ce qu'il comporte un moyen de freinage de la trajectoire retour de la masse par un 5 frottement fluide comprenant une restriction de passage d'un fluide. Les accélérations et décélérations de la masse dans les trajectoires aller et retour, sont vues par le système par le principe de l'action et de la réaction. Ainsi, pour chaque trajectoire, le système reçoit deux réactions mécaniques. Pour la trajectoire aller, la masse subit une accélération et décélération en fin de course. L'accélération génère sur le système une composante suivant la direction d'avance tandis que la décélération génère sur le système une composante dans la direction opposée. Il est à noter que le système est revenu rigoureusement dans sa position initiale à l'issue de la trajectoire aller. Pour la trajectoire retour, la masse subit également une accélération au début de la course et une décélération en fin de course. Du point de vue du système, on observe les mêmes effets. Ce système de propulsion est remarquable en ce que la masse comporte un moyen de freinage par un frottement fluide lors de sa décélération sur sa trajectoire retour. En effet, la restriction de passage de fluide permet au fluide de s'écouler de part et d'autre de la masse. Cette restriction de passage du fluide génère un frottement fluide sur la masse dans son mouvement ce qui a pour effet de la freiner et donc de modifier sa quantité de mouvement. La réaction sur le système est donc réduite lors de la décélération de la masse sur sa trajectoire retour. Le bilan des réactions sur le système n'est plus nul. Ainsi, à l'issue de la trajectoire retour de la masse, le système s'est déplacé sous l'action d'une résultante inertielle. Au total on obtient un certain mouvement dans la direction d'avance de l'engin mobile. Le système de propulsion selon l'invention peut de plus comporter une ou 30 plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. 3053411 3 Avantageusement, la masse forme un piston circulant dans le tube de guidage, comprenant au moins un canal le traversant et formant la restriction de passage de fluide. Selon un mode de réalisation, le moyen de motorisation est par exemple 5 un réservoir de gaz sous pression ou encore une motorisation électromagnétique. A titres de variantes, le moyen de motorisation peut être pneumatique, électromagnétique ou encore thermochimique. Il doit être bien compris que tout autre fluide adapté que le gaz pourra être envisagé dans le cadre de la mise en application de l'invention. 10 En particulier, le tube de guidage peut être rectiligne. Dans ce cas, le tube de guidage rectiligne peut comporter à l'avant une partie ressort contenant du gaz qui est comprimé par la masse en fin de trajectoire aller, cette masse comprenant sur le canal un clapet anti-retour permettant le passage des gaz vers l'arrière, et un obturateur qui se ferme 15 automatiquement en fin de course arrière et s'ouvre automatiquement en fin de course avant. Pour un tube de guidage rectiligne, ce tube peut comporter à l'avant un ressort de rappel de la masse vers l'arrière. Dans ce cas, le tube de guidage rectiligne peut comporter une 20 canalisation de retour comprenant une vanne automatique, qui relie les deux extrémités de ce tube de guidage. En particulier, le tube de guidage peut former une boucle fermée. Dans ce cas, le tube de guidage comporte avantageusement un point de départ de la masse disposé à l'arrière du circuit, comprenant un clapet à 25 ouverture automatique. En particulier, la boucle fermée du tube de guidage comportant différents rayons de courbure, la masse présente plusieurs éléments liés entre eux par une articulation. Par ailleurs, le système de propulsion peut comporter des moyens 30 d'échange thermique comprenant une circulation interne ou externe d'un fluide de refroidissement, afin d'absorber les calories générées par les compressions 3053411 4 de gaz ou de fluide et leur lamination durant leur passage à l'intérieur de la masse générant le frottement fluide. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à 5 titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 présente en coupe axiale un premier système de propulsion suivant l'invention utilisant une énergie pneumatique, comprenant une trajectoire linéaire, la masse étant au départ du cycle ; - la figure 2 présente ce système de propulsion, la masse étant au milieu 10 du cycle ; - la figure 2bis présente ce système de propulsion suivant une variante, la masse étant au milieu du cycle ; - la figure 3 présente un deuxième système de propulsion utilisant une énergie électromagnétique ; 15 - la figure 4 présente ce deuxième système de propulsion réversible utilisant une énergie électromagnétique; - la figure 5 présente un troisième système de propulsion comprenant une trajectoire circulaire ; et - la figure 6 présente une variante de ce système de propulsion 20 comprenant une trajectoire elliptique. La figure 1 présente un système de propulsion comprenant un tube rectiligne 2 comportant du côté avant indiqué par la flèche notée « AV », une partie de guidage 6 d'une masse 4 coulissant dedans, et à l'arrière un réservoir de gaz sous pression 8. 25 La masse 4 suit un cycle fermé comprenant un point de départ qui est le point arrière du tube de guidage 6, dans la position présentée figure 1, ce cycle formant un aller vers l'avant puis un retour vers ce point de départ. La masse 4 coulissant dans le tube de guidage 6 avec une certaine étanchéité, comme un piston, comporte un canal axial 16 comprenant sur son 30 avant un clapet anti-retour 10 permettant seulement un passage du fluide vers l'avant. En particulier l'étanchéité autour de la masse 4 avec le tube de guidage 3053411 5 6 peut être formée par des joints dynamiques, ou des segments comme sur le piston d'un moteur à combustion interne. La masse 4 comporte aussi sur son arrière un obturateur 12 commandé automatiquement par un système mécanique non représenté, qui ferme cet 5 obturateur au point de départ arrière du cycle, et l'ouvre au point avant de ce cycle. Le réservoir 8 formant un moyen de motorisation, peut être chargé par un gaz sous pression avec tout moyen connu, notamment par un compresseur, ou par un système thermodynamique utilisant une réaction chimique ou une 10 combustion. Le réservoir 8 comporte une vanne commandée non représentée, qui le met en communication avec le tube de guidage 6. Le fonctionnement du système de propulsion est le suivant. Le réservoir 8 est mis sous pression, la masse 4 étant à son point de départ, l'obturateur 12 étant fermé. 15 On ouvre brusquement la vanne commandée du réservoir 8, ce qui libère le gaz contenu dans ce réservoir, en propulsant la masse 4 vers l'avant dans une trajectoire aller. Arrivé dans la position présentée figure 2, le gaz dans le tube de guidage 6 est fortement détendu, et le gaz contenu dans la partie ressort 14 de ce tube 20 de guidage disposée en avant du piston 4 est fortement comprimé. Deux réactions de même module sont observées sur le système durant la trajectoire aller. La première dans le sens avant et la seconde dans le sens opposé. Ainsi, lorsque la masse est en fin de course, le système est revenu rigoureusement à sa position initiale. 25 On obtient par une détente du gaz dans la partie ressort 14 un renvoi énergique de la masse 4 vers l'arrière dans une trajectoire retour, ce qui donne par réaction une impulsion vers l'avant sur le système de propulsion complet. On a en parallèle dans ce point avant du cycle une ouverture automatique de l'obturateur 12. Tant que la pression dans la partie ressort 14 est supérieure 30 à celle en arrière de la masse 4, le clapet anti-retour 10 reste fermé, et le gaz sous pression dans cette partie ressort continue à pousser la masse vers l'arrière. 3053411 6 Quand la pression dans la partie ressort 14 devient supérieure à celle en arrière de la masse 4, le clapet anti-retour 10 s'ouvre en laissant passer du gaz vers l'avant. La masse 4 peut finir sa trajectoire de retour en revenant vers le point de départ, grâce à l'énergie cinétique accumulée lors de la détente du 5 gaz ressort, en étant freinée par la contre-pression qui se forme en arrière de cette masse 4 et le frottement fluide due à la lamination du gaz au travers de la masse 4. La figure 2bis représente le système disposant d'une vanne de remplissage 18 du réservoir 8 et d'une vanne de purge 28 de la partie ressort 10 14. En effet, la mise en oeuvre du système dans un mode de fonctionnement automatique nécessite le pilotage des pressions du réservoir 8 et de la partie ressort 14. Le remplissage du réservoir 8 se produit grâce à la vanne de remplissage 18 dès lors que la masse 4 se trouve en fin de trajectoire aller, que l'obturateur 12 s'ouvre et que la vanne à ouverture rapide (non représentée) du 15 réservoir 8 se ferme. Ainsi, le remplissage s'opère durant la trajectoire de retour de la masse 4. La purge de la partie ressort 14 s'opère grâce à la vanne de purge 28 dès lors que le clapet anti-retour 10 s'ouvre. Elle se referme dès que la masse 4 est revenue à sa position initiale afin de pouvoir relancer un nouveau cycle. Il est à 20 noter que la purge de la partie ressort 14 représente la libération d'une énergie secondaire qui pourra être utilisée afin d'accroître le rendement global du propulseur. Ces indications révèlent la nécessité de disposer, d'une part, d'un moyen d'accumulation d'énergie tel qu'un réservoir sous pression permettant au 25 propulseur de disposer d'une certaine autonomie, et d'autre part, d'un système de pilotage basé par exemple sur la position en temps réel de la masse 4 ou sur les pressions qui se mettent en oeuvre dans les différents compartiments du système. La figure 3 présente le tube de guidage 6 comprenant à l'avant un ressort 30 mécanique 20 prévu pour renvoyer la masse 4 vers l'arrière dans la trajectoire retour, afin d'appliquer l'impulsion vers l'avant sur le système de propulsion complet. 3053411 7 La masse 4 comporte son canal axial 16 qui est toujours libre, sans obturateur ni clapet anti-retour. La masse 4 est ainsi plus simple à réaliser. Une canalisation de retour 22 relie l'extrémité avant du tube de guidage 6 à une vanne arrière commandée 24 qui débouche directement à l'extrémité 5 arrière de ce tube de guidage, sans passer par un réservoir arrière. Une motorisation électromagnétique 26 entourant la partie arrière du tube de guidage 16, comporte un bobinage utilisant un courant électrique, pour délivrer à la masse 4 une force importante vers l'avant qui propulse cette masse dans sa trajectoire aller. 10 Le fonctionnement de ce système de propulsion est le suivant. La masse 4 étant au point de départ, la vanne arrière 24 est ouverte. La motorisation électromagnétique 26 propulse la masse 4 vers l'avant dans la trajectoire aller. Une partie négligeable des gaz disposés en avant de la masse 4 passe par le canal axial 16 de cette masse qui est calibré, la plus 15 grande partie de ces gaz passe par la canalisation de retour 22 et la vanne arrière 24 pour revenir en arrière de cette masse. La circulation des gaz en boucle fermée évite ainsi de freiner la masse 4 par une pression avant ou une dépression arrière. La masse 4 arrivant en fin de trajectoire aller sur le ressort 20, comprime 20 ce ressort qui renvoie ensuite la masse vers l'arrière dans une trajectoire retour en donnant par réaction une impulsion vers l'avant sur le système de propulsion. En même temps la vanne arrière 24 est fermée. Lors de la trajectoire retour de la masse 4, les gaz disposés en arrière de cette masse passent vers l'avant par le canal calibré 16, formant un frottement 25 fluide par le laminage de ces gaz dans ce canal. La figure 4 présente un système de propulsion symétrique, comportant de chaque côté un ressort de renvoi 20, une motorisation électromagnétique 26, et une vanne arrière 24. De plus chaque ressort 20 comporte un moyen de blocage mécanique 30, 30 qui peut réaliser un maintien de ce ressort comprimé afin de le neutraliser. On obtient un système de propulsion réversible, qui en maintenant d'un côté le ressort 20 comprimé par le moyen de blocage 30, en utilisant la 3053411 8 motorisation électromagnétique 26 de ce même côté, et en laissant ouverte en permanence la vanne arrière 24 disposée de l'autre côté, donne un fonctionnement similaire à celui présenté figure 3, procurant une propulsion du système complet dans une direction. 5 A l'inverse on peut changer de côté en inversant les côtés de blocage du ressort 20, d'utilisation de la motorisation électromagnétique 26 et d'ouverture permanente de vanne arrière 24, pour obtenir un système de propulsion procurant de manière symétrique une direction d'avance dans la direction opposée. 10 La figure 5 présente un tube de guidage 6 circulaire, et une masse 4 formant un arc de cercle ajusté dans ce tube circulaire, comprenant le canal axial 16 traversant cette masse. La motorisation électromagnétique 26 couvre une partie arrière du tube de guidage 6 du côté de la trajectoire aller, en partant un peu avant le point de 15 départ du cycle qui est le point le plus en arrière de ce tube. Un clapet arrière 40 disposé au point de départ comporte un actionneur automatique détectant la position de la masse 4 permettant de fermer la section du tube de guidage 6, et de l'ouvrir au passage de cette masse. La motorisation électromagnétique 26 recouvre un secteur angulaire du 20 tube de guidage 6, permettant une accélération de cette masse pendant la trajectoire aller. Le clapet arrière 40 est maintenu ouvert pendant cette trajectoire aller afin de ne pas freiner la masse 4. Le clapet arrière 40 permet en le maintenant fermé pendant le début de la trajectoire retour, de comprimer les gaz en avant de la masse 4, en les forçant 25 à passer par le canal axial 16 ce qui réalise le freinage par frottement fluide de cette masse. Il est à noter qu'il sera possible de prévoir un doublement du dispositif permettant de faire circuler des masses 4 dans des sens opposés afin d'annuler les résultantes d'inertie circulaires. La figure 6 présente un tube de guidage 6 formant une ellipse, ce qui permet d'allonger le parcours suivant la direction longitudinale d'avance du système de propulsion, et de réduire les courses transversales. 3053411 9 La masse 4 comporte plusieurs éléments séparés accrochés entre eux, comprenant chacun une étanchéité sur le pourtour et un canal axial 16, formant un train articulé qui permet de prendre les différentes courbures de l'ellipse. Le fonctionnement avec le tube de guidage 6 formant une ellipse est similaire pour 5 le tube de guidage formant un cercle. D'une manière générale sur les différentes variantes du système de propulsion, on peut ajouter des moyens d'échange thermique comprenant une circulation interne ou externe d'un fluide de refroidissement, afin d'absorber les calories générées par les compressions de gaz et leur lamination durant leur 10 passage à l'intérieur de la masse 4 générant le frottement fluide. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux figures annexées. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de 15 protection de l'invention. REVENDICATIONS1 - Système de propulsion à inertie prévu pour faire avancer un engin mobile suivant une direction d'avance, comportant une masse (4) circulant 5 dans un tube de guidage (6) formant un circuit suivant un cycle fermé comprenant une trajectoire aller présentant une composante suivant la direction d'avance, et une trajectoire retour présentant une composante suivant la direction opposée à l'avance, ce système comprenant un moyen de motorisation (8, 26) utilisant une énergie mettant en mouvement cette masse 10 (4) dans la trajectoire aller, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de freinage de la trajectoire retour de la masse (4) par un frottement fluide comprenant une restriction de passage d'un fluide. 2 - Système de propulsion selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse (4) forme un piston circulant dans le tube de guidage (6), comprenant 15 au moins un canal (16) le traversant et formant la restriction de passage d'un fluide. 3 - Système de propulsion selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de motorisation (8, 26) est un réservoir de gaz sous pression ou une motorisation électromagnétique. 20 4 - Système de propulsion selon la revendication 3, caractérisé en ce que le tube de guidage (6) est rectiligne. - Système de propulsion selon la revendication 4, caractérisé en ce que le tube de guidage rectiligne (6) comporte à l'avant une partie ressort (14) contenant du gaz qui est comprimé par la masse (4) en fin de trajectoire aller, 25 cette masse (4) comprenant sur le canal (16) un clapet anti-retour (10) permettant le passage des gaz vers l'arrière, et un obturateur (12) qui se ferme automatiquement en fin de course arrière et s'ouvre automatiquement en fin de course avant. 6 - Système de propulsion selon la revendication 5, caractérisé en ce que 30 le tube de guidage rectiligne (6) comporte à l'avant un ressort (20) de rappel de la masse (6) vers l'arrière. 3053411 11 7 - Système de propulsion selon la revendication 6, caractérisé en ce que le tube de guidage rectiligne (6) comporte une canalisation de retour (22) comprenant une vanne automatique (24), qui relie les deux extrémités de ce tube de guidage. 5 8 - Système de propulsion selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube de guidage (6) forme une boucle fermée. 9 - Système de propulsion selon la revendication 8, caractérisé en ce que la boucle fermée du tube de guidage (6) comporte un point de départ de la masse (4) disposé à l'arrière du circuit, comprenant un clapet arrière (40) à 10 ouverture automatique. - Système de propulsion selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la boucle fermée du tube de guidage (6) comporte différents rayons de courbure, et en ce que la masse (4) présente plusieurs éléments liés entre eux par une articulation. 11 - Système de propulsion selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'échange thermique comprenant une circulation interne ou externe d'un fluide de refroidissement, afin d'absorber les calories générées par les compressions de fluide et leur lamination durant leur passage à l'intérieur de la masse (4) générant le frottement fluide.