Brevet FR3065942A1 — publié le 20181109

-1- Domaine technique A des fins de mobilitÃ© navale des bÃ¢timents de surface, la prÃ©sente invention correspond de faÃ§on gÃ©nÃ©rale Ã l'Ã©laboration d'une carÃ¨ne qui n'influe pas sur le milieu extÃ©rieur et dont le propulseur Ã viscositÃ© pressurisÃ©e (ci-dessous dÃ©nommÃ© Â« transpulseur Â» par commoditÃ© de langage) qui l'anime gÃ©nÃ¨re derriÃ¨re lui un flux aval homogÃ¨ne, rectiligne, laminaire et lent. Elle permet de s'affranchir des problÃ¨mes de longueur d'onde du sillage qui ont toujours Ã©tÃ© posÃ©s aux architectes navals pour dimensionner des carÃ¨nes aptes aux grandes vitesses. A cet effet, la carÃ¨ne ne repousse pas mais aspire l'intÃ©gralitÃ© des particules liquides rencontrÃ©es ; derriÃ¨re elle un flux aval est gÃ©nÃ©rÃ© pour reconstituer la situation initiale en Ã©vitant toute succion. Le transpulseur optimise l'interaction d'un petit flux moteur pressurisÃ© avec le flux amont pour produire le flux aval recherchÃ©, c'est-Ã -dire un flux dÃ©pourvu de composantes latÃ©rales ou tourbillonnantes. Comme dans le cas d'une hÃ©lice classique, le flux aval entraÃ®nera par viscositÃ© les masses liquides environnantes jusqu'Ã ce que leur vitesse devienne imperceptible. Le principe de viscositÃ© pressurisÃ©e du transpulseur peut Ã©galement Ãªtre appliquÃ© Ã des navires et Ã des sous-marins dont on ne cherche pas Ã rÃ©duire le sillage. Parmi les nombreux avantages figurent le rendement propulsif et l'absence de toute piÃ¨ce mÃ©canique mobile (soliditÃ©, coÃ»t, discrÃ©tion acoustique, absence de cavitation). Etat de la technique antÃ©rieure Le Â« Yamato Â» de Mitsubishi est un navire dÃ©monstrateur de propulsion Ã©lectromagnÃ©tique des annÃ©es 90 qui n'a donnÃ© lieu Ã aucun dÃ©veloppement ultÃ©rieur. L'examen de nouveaux propulseurs, de leurs tuyÃ¨res ou redresseurs de flux dÃ©montre que l'hÃ©lice traditionnelle inspire encore de multiples voies d'amÃ©lioration. ExposÃ© de l'invention La proue d'un navire soulÃ¨ve une vague d'Ã©trave qui est paradoxalement aspirÃ©e en partie vers l'arriÃ¨re pour rÃ©sorber la succion de la poupe et remplir le vide crÃ©Ã© par son dÃ©placement. C'est dans ce contexte complexe que l'architecte naval doit intÃ©grer le propulseur. L'ensemble gÃ©nÃ¨re plusieurs types de sillages antagonistes (Ã©trave, poupe, propulseur) qui nuisent Ã la cohÃ©rence globale, et donc au rendement. L'idÃ©e de l'invention est de ne pas repousser les particules qui vont constituer la vague d'Ã©trave mais au contraire de les aspirer et de les accÃ©lÃ©rer vers l'arriÃ¨re dans un collecteur pour que les autres particules qui ne se trouvent pas sur la trajectoire du maÃ®tre-couple de la carÃ¨ne demeurent immobiles (aux effets de viscositÃ© prÃ¨s). Si on note V la vitesse relative des particules que rencontre le navire, S la section du maÃ®tre-couple de la carÃ¨ne, s la section du collecteur, les particules du collecteur sont ainsi accÃ©lÃ©rÃ©es jusqu'Ã y =V S/s pour faire respecter la conservation du dÃ©bit. 3065942 -2- L'accÃ©lÃ©ration du flux amont autour du collecteur central (5) mÃ©nage ainsi une cavitÃ© dite archimÃ©dienne entre ce collecteur (5) et le cÃ´tÃ© externe (6). L'invention possÃ¨de donc une carÃ¨ne archimÃ©dienne : - de section cylindrique pour que le maÃ®tre-couple soit longitudinalement constant, 5 - de section circulaire pour rÃ©duire la surface immergÃ©e Ã volume constant, et donc les frottements visqueux. Cette carÃ¨ne se trouve quelques mÃ¨tres sous la surface de l'eau ; une seconde carÃ¨ne identique permet la stabilitÃ© latÃ©rale par mer calme et une plateforme au-dessus de la surface de l'eau les reliant toutes deux abrite l'Ã©quipage et les auxiliaires classiques. 10 Pour accÃ©lÃ©rer le flux du collecteur, une hÃ©lice classique pourrait Ãªtre utilisÃ©e mais un transpulseur sera prÃ©fÃ©rÃ© pour prolonger la logique de cette invention : il est seul capable de correctement prendre en compte le flux amont et surtout gÃ©nÃ©rer le flux aval laminaire et lent (vers l'arriÃ¨re) requis qui remplira l'intÃ©gralitÃ© du vide crÃ©Ã© par l'avancement de la poupe. Un flux moteur est pressurisÃ© dans un gÃ©nÃ©rateur sÃ©parÃ© ; par un simple collecteur, 15 ce flux moteur est transmis au transpulseur et va aspirer le flux amont en se dÃ©compressant pour constituer le flux aval. Le coeur du transpulseur est la maÃ®trise de la dÃ©pressurisation du flux moteur pour aspirer le flux amont tout en crÃ©ant la contre-pression dont a besoin le gÃ©nÃ©rateur pour conserver les performances nÃ©cessaires. Les principes ci-dessus exposÃ©s de la viscositÃ© pressurisÃ©e du transpulseur peuvent 20 s'appliquer Ã un navire de surface et Ã un sous-marin dont on n'a pas cherchÃ© Ã attÃ©nuer le sillage. BrÃ¨ve prÃ©sentation des diffÃ©rentes figures La prÃ©sente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaÃ®tront Ã la lecture de la description dÃ©taillÃ©e de quatre configurations, prises Ã titre d'exemples nullement 25 limitatifs et illustrÃ©es par les dessins de principe annexÃ©s : La figure 1 montre l'architecture d'une carÃ¨ne Ã©vitant de gÃ©nÃ©rer tout sillage. La figure 2 indique comment les injecteurs du flux moteur (3) aspirent le flux amont (2) et gÃ©nÃ¨rent le flux aval (4) et la poussÃ©e mÃ©canique. Les figures 3&4 montrent comment ces injecteurs peuvent Ãªtre associÃ©s pour gÃ©nÃ©rer un 30 flux aval (4), constituer le transpulseur complet et aspirer les 2n stÃ©radians du flux amont. La figure 5 reprend une partie de l'abrÃ©gÃ© et dÃ©crit l'association de deux transpulseurs pour constituer un navire sans sillage. La figure 6 montre le principe de stabilitÃ© verticale par ballast. La figure 7 comment les injecteurs peuvent Ãªtre alimentÃ©s par l'avant. 35 La figure 8 montre l'implantation sous une coque de navire, avec possibilitÃ© de rotation du transpulseur pour la manoeuvrabilitÃ©. 3065942 -3- La figure 9 montre comment tous les injecteurs peuvent Ãªtre assemblÃ©s sous la coque d'un navire. Les figures 10&11 montrent le principe d'injecteurs tÃªte-bÃªche pour gÃ©nÃ©rer une poussÃ©e en avant ou en arriÃ¨re. 5 La figure 12 montre comment ces injecteurs tÃªte-bÃªche peuvent Ãªtre implantÃ©s sous la coque d'un navire. Les figures 13&14 montrent comment ces injecteurs tÃªte-bÃªche peuvent Ãªtre implantÃ©s Ã l'arriÃ¨re d'un sous-marin. La derniÃ¨re figure 15 accompagne l'abrÃ©gÃ©. Elle montre le navire sans sillage mu par ses 10 transpulseurs (1) figure 5 et un sous-marin dotÃ© d'un sillage classique Ã©quipÃ© d'un transpulseur (1) figure 14. ExposÃ© dÃ©taillÃ© d'au moins un mode de rÃ©alisation Note prÃ©liminaire sur le dÃ©placement d'une carÃ¨ne : Une carÃ¨ne se dÃ©plaÃ§ant dans un liquide prend la place que ce liquide occupait et le 15 repousse vers les endroits oÃ¹ la rÃ©sistance est moindre, c'est-Ã -dire vers le haut et les cÃ´tÃ©s. SimultanÃ©ment, cette carÃ¨ne laisse derriÃ¨re elle un espace vide, espace rempli par les liquides qui peuvent l'occuper avec la moindre rÃ©sistance. Les deux opÃ©rations ne sont pas indÃ©pendantes. La forme classique des carÃ¨nes les conduit Ã gÃ©nÃ©rer une vague d'Ã©trave et Ã repousser le flux vers l'arriÃ¨re le long des flancs. Il y a ainsi gÃ©nÃ©ration d'un sillage 20 d'Ã©trave, puis de poupe pour des raisons comparables. Pour que les poussÃ©es latÃ©rales de bÃ¢bord et tribord se compensent, la majoritÃ© des carÃ¨nes en service prÃ©sente la caractÃ©ristique d'Ãªtre longitudinalement symÃ©triques. L'idÃ©e directrice de la prÃ©sente invention, reprÃ©sentÃ©e figure 1, est au contraire d'employer un profil de carÃ¨ne dissymÃ©trique, avec un cÃ´tÃ© dont la vocation est de ne pas crÃ©er de sillage, 25 c'est-Ã -dire que sa droite gÃ©nÃ©ratrice est strictement parallÃ¨le Ã l'axe de dÃ©placement ou ligne de foi ; l'autre cÃ´tÃ© mÃ©nage un volume archimÃ©dien ; ce profil dissymÃ©trique est symÃ©triquement associÃ© Ã un second pour rÃ©tablir l'Ã©quilibre latÃ©ral des poussÃ©es. L'emploi d'une forme annulaire selon la figure 4 n'est qu'une extension du concept dans la troisiÃ¨me dimension. Le cÃ´tÃ© externe (6) est exactement dans l'axe des filets incidents pour ne 30 gÃ©nÃ©rer aucune surpression ou vague d'Ã©trave. Le cÃ´tÃ© interne (7) possÃ¨de un profil optimisÃ© et gÃ©nÃ¨re la surpression associÃ©e Ã tout dÃ©placement. Cette surpression est compensÃ©e par une aspiration adÃ©quate qui l'empÃªche de se propager ailleurs qu'entre les deux carÃ¨nes. Le dÃ©marrage dÃ©bute avec une aspiration qui va provoquer une accÃ©lÃ©ration jusqu'Ã ce que la surpression naissante la compense intÃ©gralement. L'aspiration est 35 toujours plus importante que la surpression et il n'y a donc jamais de dÃ©bordement de la 3065942 -4- zone de surpression vers l'extÃ©rieur. Pour diminuer la vitesse, la rÃ©duction de l'aspiration va rendre la surpression majoritaire, ce qui fera naÃ®tre un sillage externe et participera Ã la dÃ©cÃ©lÃ©ration. La maniÃ¨re dont cette aspiration est gÃ©nÃ©rÃ©e et alimente un collecteur (5) est dÃ©crite plus bas. 5 Si on note V la vitesse relative des particules que rencontre le navire, S la section du maÃ®tre-couple de la carÃ¨ne, s la section du collecteur, les particules du collecteur sont accÃ©lÃ©rÃ©es jusqu'Ã v =V S/s pour conserver les dÃ©bits. V dÃ©passe de typiquement 19% la vitesse du navire, c'est-Ã -dire que les particules du sillage sont projetÃ©es vers l'arriÃ¨re avec une vitesse absolue d'environ 19% de la vitesse du navire. Ceci implique que certaines 10 particules qui ne se trouvent pas sur la trajectoire du maÃ®tre-couple seront Ã©galement aspirÃ©es, ce qui ne contribuera pas Ã gÃ©nÃ©rer de sillage. En sortant du collecteur (5), ces particules vont Ãªtre naturellement ralenties jusqu'Ã la vitesse V par l'Ã©largissement de la section de s jusqu'Ã S. Elles sont donc aptes Ã remplir le vide laissÃ© par l'avance du navire, Ã retrouver les particules qui ont longÃ© le cÃ´tÃ© externe (6) 15 sans Ãªtre aucunement dÃ©viÃ©es et Ã entretenir le dÃ©placement absolu des particules du sillage vers l'arriÃ¨re. Ce dÃ©placement absolu va se rÃ©sorber dans le milieu ambiant par viscositÃ©. L'espace entre les cÃ´tÃ©s externes (6) et internes (7) mÃ©nage le volume dÃ©diÃ© Ã la flottaison archimÃ©dienne. Cette carÃ¨ne cylindrique sera associÃ©e Ã une seconde carÃ¨ne identique, toutes deux Ã©tant 20 reliÃ©es par une plateforme reprÃ©sentÃ©e sur la figure 5. A l'arrÃªt, cette plateforme repose sur la surface de l'eau et confÃ¨re Ã l'ensemble la stabilitÃ© d'un navire classique. Un dispositif de rÃ©gulation du poids dit de rÃ©gleurs permet d'adapter son poids Ã la poussÃ©e archimÃ©dienne des deux carÃ¨nes immergÃ©es pour prÃ©parer le passage en position haute. Quand l'ensemble a pris de la vitesse, la plateforme est hissÃ©e quelques mÃ¨tres au-dessus 25 de la surface par l'assiette lÃ©gÃ¨rement positive que des barres de plongÃ©e ont permis d'obtenir, assiette qui gÃ©nÃ¨re Ã la fois portance hydrodynamique et composante verticale de la poussÃ©e des transpulseurs. Ces barres de plongÃ©e rÃ©guleront ensuite la hauteur. Le ballast Ã l'arriÃ¨re des carÃ¨nes, partiellement rempli d'air (figure 6) participera Ã cette rÃ©gulation : 30 - trop bas, l'air du ballast est comprimÃ©, l'arriÃ¨re s'enfonce et l'assiette positive imprime une force Ã monter ; - trop haut, l'air se dilate, l'arriÃ¨re se lÃ¨ve et l'assiette nÃ©gative imprime une force Ã descendre. 3065942 -5- La plateforme est reliÃ©e aux carÃ¨nes par des longerons devant rÃ©duire au maximum le sillage qu'ils gÃ©nÃ¨rent, c'est-Ã -dire que leur maÃ®tre-couple est trÃ¨s faible. Le trÃ¨s faible volume des longerons fait que le navire en position haute n'a aucune stabilitÃ© longitudinale ou transversale, seuls les ballasts de la figure 6 et les barres de plongÃ©e, dÃ©couplÃ©es pour 5 compenser le roulis, permettent de corriger la dÃ©stabilisation des vagues rencontrÃ©es et de conserver une assiette et une gite dans des limites raisonnables. Cet inconvÃ©nient est le prix Ã payer pour pouvoir aller trÃ¨s vite par mer trÃ¨s forte. Pour mÃ©moire, les barres de plongÃ©e prÃ©sentent une tramÃ©e considÃ©rablement plus faible que celle des plans des hydrofoils qui doivent assurer la portance des hydroglisseurs. Par ailleurs, les transpulseurs Ã quelques 10 mÃ¨tres d'immersion ressentiront nettement moins les chocs des vagues que subirait une carÃ¨ne flottant au niveau du dioptre. La faible stabilitÃ© est une consÃ©quence directe des maÃ®tre-couples rÃ©duits des longerons, unique structure immÃ©diatement au niveau du dioptre. Il serait pour mÃ©moire possible d'amÃ©liorer la stabilitÃ© par des formes de carÃ¨ne classiques dotÃ©es d'un collecteur et de 15 cavitÃ©s d'aspiration et de refoulement au niveau du dioptre, mais au prix d'une plus forte sensibilitÃ© Ã trÃ¨s grande vitesse aux contraintes mÃ©caniques irrÃ©guliÃ¨res des vagues, contre laquelle le navire sans sillage est justement conÃ§u. Note prÃ©liminaire sur la propulsion navale : En appuyant sur le flux amont, chaque pale d'une hÃ©lice classique (ou aube d'une roue Ã 20 aubes) crÃ©Ã© une surpression assez faible (quelques dixiÃ¨mes de bar) dans un flux important (supÃ©rieur Ã 1000 m3/s dans quelques cas, ordre de grandeur du dÃ©bit de la Seine en crue) mais relativement chaotique. La rotation n'est pas seule responsable du dÃ©sordre. En effet, quelle que soit la configuration, l'intrados de la pale gÃ©nÃ¨re une surpression, l'extrados une dÃ©pression (qui peut se transformer en cavitation). Les deux sont inÃ©luctablement appelÃ©s Ã 25 interagir en bout de pale et Ã gÃ©nÃ©rer des dÃ©placements parasites et des tourbillons, impossibles Ã complÃ¨tement rÃ©sorber. Comme la propulsion Ã©lectro-magnÃ©tique du Â« Yamato Â», le transpulseur qui fonctionne par Â« viscositÃ© pressurisÃ©e Â» permet de s'affranchir des inconvÃ©nients de l'association entre un intrados et un extrados. Le flux amont provient d'un angle solide d'environ 27r stÃ©radians (n stÃ©radians Ã proximitÃ© 30 de la surface), il se transforme sous l'effet de l'hÃ©lice en un flux aval en forme de cÃ´ne (18) d'un demi-angle au sommet de typiquement 110, ce qui fait parfois dire abusivement que les pales accÃ©lÃ¨rent le flux. Pour mÃ©moire, on estime dans les cas courants que la vitesse absolue du flux aval correspond Ã typiquement 19% de la vitesse absolue du navire. 3065942 -6- Le qualificatif de chaotique n'est peut-Ãªtre pas exagÃ©rÃ© quand on regarde le sillage d'un bÃ¢timent de surface et qu'on Ã©value l'Ã©nergie perdue par tous les tourbillons et propagations latÃ©rales. L'idÃ©e directrice est de ne pas gÃ©nÃ©rer la faible surpression avec fort dÃ©bit d'une hÃ©lice 5 classique mais d'utiliser la mÃªme puissance mÃ©canique pour produire un flux moteur relativement plus pressurisÃ© (typiquement une dizaine de bars) sous un dÃ©bit plus faible, puis de le mÃ©langer avec un flux amont pour gÃ©nÃ©rer le flux aval et donc le dÃ©bit et la poussÃ©e que dÃ©veloppaient l'ancienne hÃ©lice. v2 A cet effet, chaque veine de flux moteur (3) dispose de sa propre quantitÃ© -2 + g z + -P- qui 10 reste constante : Ã la rencontre avec le flux amont (2), la pression plus faible de ce flux amont va correspondre Ã une rÃ©duction de p, donc une augmentation de y. A titre d'illustration, une dÃ©pressurisation de 10 Ã 1 bar correspond Ã une vitesse de l'ordre de 42 m/s=84 nds (V2(1000000 - 100000)/1000). Par ailleurs, les dispositions de la figure 2 permettent d'organiser une vÃ©ritable collision 15 entre les particules du flux moteur (3) et celles du flux amont (2). Les orientations et le rideau que forme le flux anciennement pressurisÃ© (8) vont conduire ces particules accÃ©lÃ©rÃ©es par leur dÃ©pressurisation Ã cÃ©der leur Ã©nergie cinÃ©tique au flux amont. Nous ne sommes pas dans les conditions de la viscositÃ© quand deux flux de particules aux vitesses parallÃ¨les Ã©changent une partie de leur Ã©nergie, mais dans ce que l'on nommera une 20 Â« viscositÃ© pressurisÃ©e Â» avec des interactions sensiblement plus fortes que la viscositÃ© classique : - les vitesses n'Ã©tant pas colinÃ©aires, la vitesse relative est plus importante, - les particules concernÃ©es ne sont pas limitÃ©es Ã la faible Ã©paisseur de la zone de contact, mais appartiennent Ã l'ensemble du rideau qui traverse le flux amont. Le 25 profil dentelÃ© (20) de la figure 3 facilite cette interpÃ©nÃ©tration, - la partie infÃ©rieure (10) gÃ©nÃ¨re une contre-pression dÃ©taillÃ©e ci-dessous. Pour mÃ©moire, les tables disponibles montrent que le coefficient de viscositÃ© augmente par lui-mÃªme avec la pression, mais cet apport sera considÃ©rÃ© comme marginal. Enfin, la partie arriÃ¨re (9) est contrainte par sa gÃ©omÃ©trie en virole, la seule issue pour 30 finaliser la dÃ©pressurisation se trouve vers l'arriÃ¨re. La longueur de cette virole permet de finir le transfert Ã©nergÃ©tique entre les deux flux (2) et (3) pour constituer un flux (4) homogÃ¨ne. L'intÃ©gralitÃ© de la puissance communiquÃ©e au liquide pressurisÃ© est ainsi transmise au flux aval. Pour fonctionner Ã l'intÃ©rieur de son domaine d'efficacitÃ©, le gÃ©nÃ©rateur doit disposer de la 35 contre-pression lui permettant de conserver son dÃ©bit. Le rÃ©cepteur hydraulique que constitue le transpulseur offre cette contre-pression. Les seules forces de viscositÃ© Ã©tant 3065942 -7- insuffisantes, l'angle, la hauteur du rideau (8) et surtout la rÃ©action de la partie infÃ©rieure (10) vont permettre d'obtenir la contre-pression nÃ©cessaire qui remontera le long du flux pressurisÃ©. Bien que la couche au-dessus de la partie infÃ©rieure (10) soit le plus souvent en mouvement longitudinal, elle transmettra latÃ©ralement la contre-pression mentionnÃ©e. 5 Pour le dÃ©marrage du transpulseur, le rideau (8) de la figure 2 va traverser un flux amont (2) Ã vitesse nulle : - sur la surface amont de ce rideau (8), la viscositÃ© va entraÃ®ner des particules du flux amont qui vont se mÃ©langer au flux moteur et se diriger vers l'aval, le rideau (8) va Ãªtre dÃ©viÃ© vers l'arriÃ¨re par la composante arriÃ¨re que le flux amont apporte 10 indirectement ; - sur la surface avale de ce rideau (8), la viscositÃ© va Ã©galement entraÃ®ner des particules qui vont rÃ©duire la pression et attirer Ã©galement le jet vers l'arriÃ¨re ; - le rideau (8) va enfin se trouver intÃ©gralement dans le flux aval (4) et participer directement Ã la poussÃ©e du transpulseur. 15 Pour toutes ces raisons, le rideau (8) va se dÃ©vier vers l'arriÃ¨re et les flux amont et aval vont progressivement augmenter. On notera que quand le transpulseur se dÃ©place dans le sens opposÃ© au sens oÃ¹ il est moteur, son efficacitÃ© est accrue par les vitesses relatives qui s'additionnent et augmentent trÃ¨s sensiblement les forces de viscositÃ©. 20 On retiendra que si la Â« viscositÃ© pressurisÃ© Â» rÃ©clame une configuration assez complexe pour obtenir la poussÃ©e nÃ©cessaire, elle s'affranchit du problÃ¨me classique d'intrados et d'extrados et de l'inÃ©luctable tourbillon de bout de pale. Non seulement les piÃ¨ces mobiles ont disparu, mais les risques de tourbillons et de cavitation aussi. Modes de rÃ©alisation : 25 La figure 1 montre comment la carÃ¨ne classique (11) est sÃ©parÃ©e en deux demi-carÃ¨nes selon son plan de symÃ©trie (12) pour constituer la carÃ¨ne sans sillage (13). Les parties sectionnÃ©es selon le plan de symÃ©trie reÃ§oivent un bordÃ© externe (6) tandis que l'ancien cÃ´tÃ© externe (7) devient le collecteur interne (5). Les nouveaux bordÃ©s externes (6) correspondent exactement Ã la direction de dÃ©placement des particules incidentes, 30 l'interaction entre ces bordÃ©s externes et le milieu externe est donc rÃ©duite aux seuls phÃ©nomÃ¨nes de viscositÃ©. Les parties internes (14) de l'Ã©trave rÃ©agissent de maniÃ¨re classique avec les particules incidentes mais leurs poussÃ©es latÃ©rales (15) sont compensÃ©es par la symÃ©trie dont ces parties internes font l'objet. 35 Dans l'opÃ©ration, la poussÃ©e d'ArchimÃ¨de n'a pas Ã©tÃ© modifiÃ©e. 3065942 -8- Le concept de division de la carÃ¨ne en deux demi-carÃ¨nes est Ã©tendu Ã la troisiÃ¨me dimension et permet d'obtenir la configuration autour d'un collecteur (5) illustrÃ©e en figure 4. Afin d'Ã©viter un reflux Ã l'extÃ©rieur du maÃ®tre-couple, il est important que toutes les 5 particules soient correctement aspirÃ©es et accÃ©lÃ©rÃ©es, pour constituer dans le collecteur le flux le plus homogÃ¨ne possible. A cet effet, des dÃ©flecteurs (16) facilitent leur convergence Ã l'avant et surtout leur divergence Ã l'arriÃ¨re. Le navire sans sillage effectue au niveau de l'Ã©trave et de la poupe ce qu'une hÃ©lice classique rÃ©alise Ã son niveau. En effet, le transpulseur de ce navire sans sillage aspire les 10 particules incidentes du maÃ®tre-couple ; la maniÃ¨re dont ces particules sont aspirÃ©es et accÃ©lÃ©rÃ©es fait l'objet des figures suivantes. Comme dans le cas d'une hÃ©lice classique, l'aspiration Ã l'entrÃ©e du transpulseur sur le plan (17) confÃ¨re Ã ces particules une vitesse absolue vers l'arriÃ¨re de typiquement 19% V, c'est Ã dire une vitesse relative vers le transpulseur de typiquement 1,19 V; en amont, l'alimentation s'Ã©tend sur 27r stÃ©radians 15 (cÃ´ne de demi-angle au sommet 90Â°) pour obtenir les 19% supplÃ©mentaires, sachant que les particules les plus dÃ©saxÃ©es seront bien sÃ»r les moins aspirÃ©es. Dans le plan arriÃ¨re (19) de sortie du transpulseur, les particules retrouvent une vitesse absolue de typiquement 19% V et ralentissent progressivement par viscositÃ© avec l'environnement dans un cÃ´ne (18) de demi-angle au sommet de typiquement 110. Elles vont en effet cÃ´toyer les particules qui 20 sont restÃ©es immobiles le long du cÃ´tÃ© externe (6) et perdre de leur vitesse tout en Ã©largissant ce cÃ´ne des particules non-immobiles. C'est Ã l'extrÃ©mitÃ© avant du transpulseur que l'on bÃ©nÃ©ficiera du plus grand diffÃ©rentiel de vitesse entre les particules du flux amont et celles du flux moteur, avant que l'accÃ©lÃ©ration sous l'effet du cÃ´ne du collecteur central (5) n'ait vÃ©ritablement commencÃ©. Bien sÃ»r, 25 obtenir le plus grand diffÃ©rentiel de vitesse gÃ©nÃ¨rera l'interaction mÃ©canique la plus efficace. La figure 2 montre le principe de viscositÃ© pressurisÃ©e du transpulseur. Alors qu'une hÃ©lice classique va gÃ©nÃ©rer une faible surpression (typiquement quelques dixiÃ¨mes de bars) pour un dÃ©bit important, l'idÃ©e fondamentale du transpulseur est d'utiliser avec la mÃªme 30 puissance mÃ©canique un gÃ©nÃ©rateur d'une moyenne pression (typiquement une dizaine de bars) pour un dÃ©bit moindre. Les pompes de circulation des centrales nuclÃ©aires dÃ©veloppent couramment une dizaine de mÃ©gawatts pour une dizaine de bars au refoulement. Le principe enclume-marteau permet de coincer le flux amont (2) entre le flux moteur (3) et la partie infÃ©rieure (10) de la cellule. Ce flux moteur (3) est injectÃ© dans le 35 flux amont (2) selon une gÃ©omÃ©trie trÃ¨s particuliÃ¨re (angle d'injection, Ã©paisseurs des flux moteur et amont) pour rÃ©ussir simultanÃ©ment plusieurs opÃ©rations : 3065942 -9- - La dÃ©pressurisation du flux moteur dans le flux amont conduit Ã une accÃ©lÃ©ration de ses particules qui vont entraÃ®ner celles du flux amont. Pour mÃ©moire, Ã l'intÃ©rieur v2 P de la veine du flux moteur, - + gz + - est constant, c'est-Ã -dire que la 2 it dÃ©pressurisation est compensÃ©e par une accÃ©lÃ©ration. 5 - Il est capital que cette dÃ©pressurisation (angle d'injection et Ã©paisseurs des flux moteur et amont) soit maÃ®trisÃ©e pour que la gÃ©nÃ©ratrice du flux moteur demeure Ã son point de fonctionnement (pression-dÃ©bit) recherchÃ©. A cet effet, la partie infÃ©rieure (10) gÃ©nÃ¨re la contre-pression nÃ©cessaire qui remonte le long du flux moteur. 10 - En aval de cette partie infÃ©rieure (10), la dÃ©pressurisation va se terminer - Le flux moteur est injectÃ© sous la forme d'un rideau visant Ã traverser le flux amont, oÃ¹ au moins impacter un maximum de ses particules. La surface d'Ã©change entre ces deux flux est d'ailleurs accrue par un profil dentelÃ© (Â§ (20) de la figure 3). - La dÃ©pressurisation est contenue dans une enceinte Ã©tanche se terminant par la 15 partie arriÃ¨re (9) : la seule issue possible pour l'accÃ©lÃ©ration (et les mÃ©gawatts) est l'arriÃ¨re. - Le rÃ©sultat est la production du flux aval le plus homogÃ¨ne possible dans lequel les pressions et dÃ©bits des flux moteur et amont se sont Â« moyennÃ©s Â» par Â« viscositÃ© pressurisÃ©e Â». 20 - Si l'Ã©paisseur du flux amont implique une rÃ©duction de section par rapport au flux initial gÃ©nÃ©rÃ©, il y aura une contre-pression, mais ce n'est pas la voie prÃ©fÃ©rentielle de production de cette contre-pression. Les pertes de charge dans les collecteurs produiront Ã©galement une contre-pression inÃ©vitable dont aucun bÃ©nÃ©fice n'est attendu. 25 Si seule la viscositÃ© classique avait Ã©tÃ© utilisÃ©e pour homogÃ©nÃ©iser deux flux amont et moteur parallÃ¨les, la longueur de la virole pour y parvenir aurait Ã©tÃ© rÃ©dhibitoire. Ici, l'inclinaison du flux moteur, la constitution d'un rideau impactant toute la largeur disponible, les Ã©paisseurs des flux moteur et amont, la longueur de la virole interdisent la rÃ©sistance par inertie de poches du flux amont Ã l'influence du flux moteur. 30 Le profil dentelÃ© (20) permet d'augmenter la surface d'Ã©change entre les deux flux tout en conservant constante la surface du flux moteur. Les seules limites Ã cette augmentation sont d'une part la capacitÃ© Ã usiner cette piÃ¨ce finement, d'autre part la soliditÃ© rÃ©siduelle de cette piÃ¨ce, enfin les pertes en charges que le passage par une fine section gÃ©nÃ¨re. 3065942 -10- La figure 3 dÃ©crit l'exemple de la structure assez simple de quelques cellules qui permet d'obtenir une circulation satisfaisante des diffÃ©rents flux. Bien que dÃ©pourvue de piÃ¨ce mobile, cette structure doit Ãªtre mÃ©caniquement rigide parce que c'est en son sein que l'intÃ©gralitÃ© de la poussÃ©e mÃ©canique va naÃ®tre. 5 La figure 4 montre comment ces cellules (21) peuvent Ãªtre associÃ©es pour constituer le dispositif d'aspiration et d'accÃ©lÃ©ration du transpulseur prÃ©cÃ©demment examinÃ©. Dans cet exemple, les cellules (21) sont alimentÃ©es par 6 collecteurs principaux (22), chacun alimentant 4 collecteurs secondaires (23). Ces collecteurs sont en contact avec une large capacitÃ© l'alimentation qui entoure le cÃ´ne (24), non reprÃ©sentÃ©e, dans lequel le gÃ©nÃ©rateur 10 du flux moteur refoule. La prise d'aspiration (25) permet l'alimentation de ce gÃ©nÃ©rateur du flux moteur. Tous les collecteurs sont calibrÃ©s afin que chaque cellule aspire de maniÃ¨re parfaitement homogÃ¨ne le flux amont. Sans que cela puisse apparaÃ®tre Ã l'Ã©chelle de ce schÃ©ma 4, les cellules (21) sont orientÃ©es en amont et en aval pour organiser la convergence ou divergence par dÃ©flecteurs (16) du collecteur (5) de la figure 1 quand il se 15 referme ou s'Ã©vase. Pour offrir une capacitÃ© de poussÃ©e en marche arriÃ¨re, un dispositif comparable peut Ãªtre installÃ© Ã l'autre extrÃ©mitÃ© de la carÃ¨ne. La figure 5 montre comment deux carÃ¨nes peuvent Ãªtre associÃ©es pour constituer un navire sans sillage. Le navire se trouve sur cette figure en position haute et la partie de jonction des carÃ¨nes (26) est intÃ©gralement au-dessus du 20 dioptre. Comme les organes de liaison (27) prÃ©sentent le maÃ®tre-couple et donc le volume le plus faible possible, le navire n'a ainsi aucune stabilitÃ© verticale naturelle : soit il monte pour faire Ã©merger une partie des carÃ¨nes sans sillage, soit il descend pour que la partie de jonction des carÃ¨nes (26) repose sur le dioptre et fournisse le supplÃ©ment de flottabilitÃ© nÃ©cessaire. Pour rÃ©duire cette instabilitÃ© dans les limites de l'efficacitÃ© des barres de 25 plongÃ©e (28) et des ballasts arriÃ¨re (Â§ figure 6), il faut disposer de capacitÃ©s de rÃ©glage internes pour pouvoir, en fonction du chargement, adapter le poids et obtenir la flottabilitÃ© neutre qui permettra la navigation en position haute. Il faut Ã©galement rÃ©gler le poids longitudinalement pour obtenir une assiette neutre. MalgrÃ© une pesÃ©e correcte, la hauteur du navire sera toujours instable et nÃ©cessitera les 30 barres de plongÃ©e (28). Ces barres peuvent gÃ©nÃ©rer une force verticale mais surtout modifier l'assiette et permettre aux carÃ¨nes elles-mÃªmes et aux transpulseurs de gÃ©nÃ©rer par leur poussÃ©e une composante de force verticale. Comme elles sont en moyenne en position neutre, la tramÃ©e qu'elles gÃ©nÃ¨rent est faible. Par ailleurs, ces barres de plongÃ©e reculent le centre de carÃ¨ne et augmentent la stabilitÃ© en lacet. 35 Comme le volume des organes de liaison (27) est faible, le navire en position haute n'aura pas de stabilitÃ© statique en roulis et en assiette. Les carÃ¨nes rencontreront pourtant Ã leur immersion des mouvements de cisaillement gÃ©nÃ©rÃ©s par les vagues, presque comme en 3065942 -11- surface. LÃ encore, les barres de plongÃ©es, diffÃ©rentiÃ©es Ã bÃ¢bord et Ã tribord, permettront la rÃ©gulation de ces deux grandeurs. Ce besoin de rÃ©gulation correspond au prix Ã payer pour pouvoir aller vite par mers fortes, l'emploi d'une centrale de verticale et d'un calculateur embarquÃ© est facilement envisageable. 5 Le changement de cap sera effectuÃ© par diffÃ©rentiation des poussÃ©es entre les deux transpulseurs, Ã©vitant ainsi la tramÃ©e de gouvernes de direction. Comme sur un navire classique, la force centripÃ¨te nÃ©cessaire Ã la giration sera obtenue par une lÃ©gÃ¨re sur-giration, donc par la poussÃ©e latÃ©rale des flancs des deux transpulseurs et la composante de leurs poussÃ©es, toutes deux centripÃ¨tes. 10 La figure 6 montre le principe des ballasts arriÃ¨re pour amÃ©liorer la stabilitÃ© verticale. Le plus Ã l'arriÃ¨re possible, autour du collecteur (5) et de la tuyÃ¨re arriÃ¨re, Ã l'intÃ©rieur du bordÃ© externe (6), une cavitÃ© (29) Ã©tanche dans sa partie supÃ©rieure correspond Ã des ballasts arriÃ¨re. Seules des ouvertures (30) dans leur partie infÃ©rieure permettent un Ã©quilibrage en pression avec l'extÃ©rieur. Les ballasts sont presque totalement remplis d'air. 15 - Quand le navire sans sillage est trop bas sur l'eau, l'air de ces ballasts est comprimÃ©, l'arriÃ¨re s'enfonce par rÃ©duction de la poussÃ©e d'ArchimÃ¨de et l'assiette positive imprime une force Ã monter. - Quand le navire sans sillage est trop haut sur l'eau, l'air se dilate, l'arriÃ¨re se lÃ¨ve par augmentation de la poussÃ©e d'ArchimÃ¨de et l'assiette nÃ©gative imprime une 20 force Ã descendre. Cette rÃ©gulation sera particuliÃ¨rement efficace Ã faible vitesse quand les barres de plongÃ©e le sont moins. La figure 7 montre comment les cellules peuvent Ãªtre alimentÃ©es en flux moteur (3) par leur avant. 25 Cette configuration permet d'installer selon la figure 8 un transpulseur sous la coque d'un navire classique. La carÃ¨ne ne cherche pas Ã bÃ©nÃ©ficier d'un sillage rÃ©duit et le transpulseur ne sert qu'Ã la propulsion, Ã la place d'une hÃ©lice classique. Le transpulseur tourne autour d'un joint (31) et peut orienter le navire en cap comme dans le cas d'un moteur hors-bord. Pour battre en arriÃ¨re, le transpulseur est retournÃ© de 180Â° 30 avant de renvoyer le flux moteur dans les cellules. Dans ce cas, l'efficacitÃ© du transpulseur sera particuliÃ¨rement importante Ã cause de la contre-pression rencontrÃ©e et de l'importance des forces de viscositÃ©. Quelle que soit son orientation, la tenue mÃ©canique imposÃ©e au joint tournant (31) limite cette architecture simple aux navires de moyenne 3065942 -12- taille. Les collecteurs (32) sont des structures fines aux profils triangulaires entre lesquelles le flux amont peut passer. Ces collecteurs reÃ§oivent le flux moteur qu'ils distribuent aux cellules. Le profil triangulaire permet de rÃ©partir les dÃ©bits pour alimenter les cellules de tous les niveaux de la mÃªme maniÃ¨re. 5 La figure 9 montre le transpulseur vu de l'arriÃ¨re avec l'assemblage des cellules et la virole de la partie arriÃ¨re (9) permettant au flux aval (4) de finir de se dÃ©pressuriser selon un mode cylindrique avant la dÃ©pressurisation selon un mode sphÃ©rique quand il aura quittÃ© la virole, oÃ¹ il constituera l'Ã©quivalent du cÃ´ne de demi-angle au sommet 11Â°. La figure 10 montre une cellule qui peut Ãªtre alimentÃ©e dans les deux sens par deux flux 10 moteurs distincts, un pour la marche avant et l'autre pour la marche arriÃ¨re. On reconnaÃ®tra aisÃ©ment les composantes de la figure 2. La figure 11, comparable aux figures 3 et 7, indique en trois dimensions la circulation des flux pour disposer d'injecteurs tÃªte-bÃªche de marche avant et marche arriÃ¨re, objets de la figure 10. 15 La figure 12 montre comment un transpulseur fixe peut Ãªtre adaptÃ© Ã un navire de trop grande taille pour transmettre la poussÃ©e de propulsion au travers du joint tournant (31) de la figure 8. Les collecteurs triangulaires (32) ont Ã©tÃ© repris mais l'ensemble du transpulseur est solidaire de la coque, il ne peut qu'imprimer une poussÃ©e en avant et en arriÃ¨re. Pour tenir et modifier le cap, une solution diffÃ©rente de celle des safrans orientables 20 classiques est possible. Le flux moteur est Ã©galement injectÃ© dans les trois transpulseurs transversaux (33) ; le plus important est situÃ© au niveau du centre de carÃ¨ne de marche avant et dÃ©veloppe la force centripÃ¨te nÃ©cessaire Ã la giration. Les deux autres qui possÃ¨dent un grand bras de levier gÃ©nÃ¨rent le couple de forces qui va permettre le changement de cap. Ces transpulseurs latÃ©raux permettent d'Ã©conomiser le freinage du au 25 safran classique et surtout Ã l'inclinaison de la carÃ¨ne par rapport aux filets d'eau qu'il vise Ã provoquer. La figure 13 correspond au cas de la propulsion d'un sous-marin. A la diffÃ©rence de la distribution de la figure 4, deux collecteurs concentriques axiaux vont alimenter des caissons radiaux, sur lesquels d'autres caissons ortho-radiaux puis des cellules vont Ãªtre 30 connectÃ©s. Chacun des deux collecteurs alimente soit le groupement avant, soit le groupement arriÃ¨re de caissons, pour alimenter respectivement la partie avant ou arriÃ¨re des cellules dÃ©crites figure 11, non reprÃ©sentÃ©es ici et permettre la marche en avant ou en arriÃ¨re. 3065942 -13- La figure 14 montre le transpulseur du sous-marin vu de l'arriÃ¨re et sa partie arriÃ¨re (9) de dÃ©compression finale. Le changement de cap et d'immersion est produit par des barres de plongÃ©e classiques non reprÃ©sentÃ©es. Invention susceptible d'application industrielle 5 Le navire sans sillage permet la propulsion de bÃ¢timents Ã grande vitesse, mÃªme par mers formÃ©es, sans dÃ©penser d'Ã©nergie pour la sustentation (cas des foils) ni Ãªtre soumis aux irrÃ©gularitÃ©s des vagues. Le Â« transpulseur Â» qui le propulse remplace les hÃ©lices classiques. L'industrie nuclÃ©aire utilise des pompes centrifuges de 13 MW sous 10 bar aptes Ã gÃ©nÃ©rer les flux moteurs nÃ©cessaires (4 pompes pour propulser un navire de 320 m Ã 23 noeuds en 10 dÃ©veloppant les 48 MW et 300 000 daN de poussÃ©e requis, 200 mbar en aval d'une virole de 150 m2). REVENDICATIONS1. Le navire sans sillage est caractÃ©risÃ© par la dissymÃ©trie entre le bordÃ© externe (6) et le cÃ´tÃ© interne (7) et par le profil du bordÃ© externe (6), de la partie la plus avancÃ©e de l'Ã©trave Ã la poupe, pour ne pas dÃ©vier les particules le long desquelles il progresse ; il ne subit donc que la rÃ©sistance visqueuse. Pour l'Ã©quilibre latÃ©ral des forces, cette dissymÃ©trie est corrigÃ©e en correspondant Ã une autre paire de bordÃ©s comparable mais symÃ©trique. 2. Le navire sans sillage selon la revendication 1 est caractÃ©risÃ© par un collecteur central (5) oÃ¹ le flux amont est accÃ©lÃ©rÃ© pour mÃ©nager une cavitÃ© archimÃ©dienne entre le collecteur (5) et le cÃ´tÃ© externe (6). 3. Le propulseur Ã viscositÃ© pressurisÃ©e du navire sans sillage selon les revendications 1 et 2 est caractÃ©risÃ© par l'injection d'un flux moteur pressurisÃ© (3) de faible dÃ©bit dans le flux amont (2) pour gÃ©nÃ©rer un flux aval (4) faiblement pressurisÃ© mais de fort dÃ©bit apte Ã propulser ce navire. 4. Le propulseur Ã viscositÃ© pressurisÃ©e selon la revendication 3 est caractÃ©risÃ© par la configuration des cellules mettant en oeuvre la viscositÃ© pressurisÃ©e, composÃ©e en premier lieu de la dÃ©tente d'un flux moteur (3) au sein d'un flux amont (2), c'est Ã dire l'accÃ©lÃ©ration des particules dudit flux amont, en second lieu de l'organisation de la collision desdites particules avec l'ensemble de celles du flux amont (rideau (8) couvrant toute la section) pour les entraÃ®ner et constituer par le flux aval (4) le sillage nÃ©cessaire au dÃ©placement du bÃ¢timent de surface ou du sous-marin, en troisiÃ¨me lieu de la rÃ©tention du flux aval (4) dans une partie arriÃ¨re (9) pour l'empÃªcher de se dÃ©tendre dans une direction intempestive, en dernier lieu de la contre-pression opposÃ©e au flux moteur permettant d'optimiser le fonctionnement de son gÃ©nÃ©rateur. 5. Le propulseur Ã viscositÃ© pressurisÃ©e selon les revendications 3 et 4 est caractÃ©risÃ© par le profil dentelÃ© (20) du canal d'alimentation du flux moteur qui augmente la surface d'interpÃ©nÃ©tration pour accroÃ®tre les forces d'entraÃ®nement du flux amont par ledit flux moteur.