Brevet FR3132125A1 — publié le 20230728

Dispositif de propulsion pour générer une poussée, système de freinage et véhicules de transport utilisant un tel dispositif de propulsion Un aspect de l’invention concerne un dispositif de propulsion mécanique (100) pour générer une poussée apte à déplacer un véhicule de transport, comportant : - un carter (110) de forme trochoïdale, muni d’une entrée d’air (111) et d’une sortie d’air (112) en regard l’une de l’autre et formant en son sein une chambre (130), et - un rotor (120) de forme triangulaire curviligne, entraîné en rotation dans la chambre (130) du carter et engendrant, par sa rotation, une modulation du volume interne de ladite chambre avec une compression et une accélération de l’air, de sorte que l’air à la sortie (112) du carter est accéléré par rapport à l’air à l’entrée (111) dudit carter. Un autre aspect de l’invention concerne un système de freinage pour aéronef, comportant un dispositif de propulsion (100) dans lequel la poussée générée est une poussée inverse. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2 Dispositif de propulsion pour générer une poussée, système de freinage et véhicules de transport utilisant un tel dispositif de propulsion DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION La présente invention concerne un dispositif de propulsion mécanique permettant de générer une poussée apte à déplacer un véhicule de transport tel qu’un véhicule aérien ou nautique. Elle concerne aussi un dispositif de freinage équipé d’un tel dispositif de propulsion adapté pour générer une poussée inverse. L’invention concerne également un véhicule de transport équipé d’un tel dispositif de propulsion. L’invention trouve des applications dans tous les domaines ayant trait à la propulsion mécanique d’un véhicule de transport et, en particulier, dans le domaine de l’aéronautique pour la propulsion des véhicules aériens tels que les avions, les hélicoptères, les VTOL (avions à décollage et atterrissage vertical), les drones, etc. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Il existe, notamment en aéronautique, plusieurs techniques de propulsion pour générer une poussée permettant le déplacement d’un véhicule aérien : la propulsion par moteur à réaction et la propulsion mécanique par hélice, chacune des technologies offrant des avantages et des inconvénients. Par exemple, les avions à moteurs à réaction, ou turboréacteurs, ont l’avantage de permettre un vol à altitude élevée et à vitesse élevée, et en particulier à vitesse supersonique. Les turboréacteurs à propulsion de type chimique, présentent toutefois l’inconvénient d’être particulièrement gourmands en carburant et donc couteux en termes de consommation. Les avions à hélices, dont un exemple est représenté sur la partie A de la , ont l’avantage d’être économes en carburant et donc de permettre des vols relativement peu couteux par rapport aux avions à turboréacteurs. À une époque où la consommation en carburant est un élément clé dans le choix d’un véhicule aérien, les moteurs à hélice sont souvent préférés aux moteurs à réaction. En outre, la propulsion par hélice est également utilisée dans des véhicules autres que aériens, et notamment dans des véhicules nautiques tels que les bateaux ou les navires. La propulsion par hélice est aussi utilisée pour propulser des véhicules aériens autres que les avions, comme par exemple dans les hélicoptères, les VTOL et les drones. Des exemples d’un drone, d’un hélicoptère et d’un VTOL, équipés chacun de moteurs à hélice sont représentés, respectivement, sur les parties B, C et D de la . La propulsion mécanique par hélice est donc actuellement la technique de propulsion la plus utilisée pour générer une poussée permettant le déplacement d’un véhicule. Une hélice est une pièce mécanique comportant plusieurs pales dont la surface torsadée transforme, par sa rotation, la puissance d'entrée en une poussée dynamique. L'hélice crée une poussée en accélérant le fluide environnant par différence de pression entre ses surfaces avant et arrière. Elle présente donc un réel intérêt pour beaucoup d’applications (par exemple pompe rotative, compresseur, moteur « waterjet », etc.). Différents exemples d’hélices sont représentés sur la par la référence 10. En aéronautique, la forme de la section utilisée dans les pales d’hélice des aéronefs modernes a été initiée par les frères Wright, deux pionniers de l’aviation américaine ayant fait voler le premier avion motorisé au monde. Depuis les frères Wright, la forme des pales d’hélice a peu été modifiée. Une étude du National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) porte sur les relations entre les paramètres mesurables représentant l'efficacité des hélices, la poussée développée et la puissance absorbée et répertorie les différentes formes de pales d’hélice. Pour produire une poussée élevée avec un diamètre d’hélice fixe, on utilise généralement une hélice avec un grand nombre de pales, appelée soufflante. Cependant, même avec une soufflante, la propulsion mécanique par hélice présente un certain nombre de limitations, notamment du fait que son utilisation est limitée à des vitesses subsoniques. En effet, un avion à hélice ne peut voler qu'à des vitesses subsoniques car, au-delà d’une vitesse d'environ 770 km/h, la vitesse du flux d'air local aux extrémités des pales de l'hélice est proche, voire même dépasse, la vitesse du son. Or, ce flux d'air localement supersonique provoque un choc supersonique, qui engendre généralement une élévation de la traînée, un bruit assourdissant et/ou un problème structurel de tenue de l'hélice. Par conséquent, le diamètre ainsi que la vitesse de rotation de l'hélice sont strictement limités. Il existe donc une limitation de puissance qui est incompatible avec les grands avions commerciaux. En outre, lorsqu'une hélice est utilisée à une vitesse faible (subsonique), la masse d'air traversant l'hélice provoque un important courant d'air tangentiel. L'énergie de ce flux d'air tangentiel provoqué par l'hélice gaspille la puissance du moteur. En réponse à la problématique de perte d’efficacité due au régime subsonique, une soufflante carénée peut être utilisée afin d’augmenter la poussée. La conception des soufflantes carénées est généralement utilisée dans un système moteur de type turbosoufflante. Ce système a été développé afin d'améliorer la vitesse de vol et la performance du moteur. Lorsque l'air entre dans le conduit, la vitesse de l'air diminue et sa pression et sa température augmentent. Si l'avion est à une vitesse élevée (mais toujours subsonique), cela crée deux avantages : l'air entre dans l'hélice à une vitesse inférieure et la température élevée augmente la vitesse du son locale. Ceci permet de conserver l'efficacité de l’hélice même à des vitesses élevées, là où le rendement des hélices conventionnelles diminue significativement avec la vitesse. Le carénage réduit également le bruit. Néanmoins, le carénage ajoute du poids, augmente le coût et la complexité du système et génère une traînée supplémentaire, ce qui en limite l’utilisation aux turbosoufflantes. En effet, le diamètre maximal de la soufflante est toujours limité par le fait que la vitesse d’air à l'extrémité des pales de la soufflante ne peut pas dépasser la vitesse du son, pour éviter le choc d'air supersonique. À ce jour, il n’existe aucune solution de propulsion mécanique pour des utilisations à des vitesses supersoniques. L’unique solution pour des vitesses supersoniques est le recours à un moteur à réaction, avec tous les inconvénients cités précédemment. Pour des raisons écologiques, il semble que l’avion du futur soit un avion électrique. En effet, afin de limiter et même éviter la consommation de carburant, les constructeurs aéronautiques prévoient, pour l’avion du futur, d’utiliser des moteurs à propulsion mécanique par hélice. Cependant, comme expliqué précédemment, la vitesse des moteurs à hélice est limitée à des vitesses subsoniques, ce qui limite de fait la vitesse des avions du futur à des vitesses subsoniques, créant une importante limitation pour ce futur avion dans l'accès aux hautes vitesses. Il existe donc un réel besoin d’un dispositif de propulsion mécanique permettant d’engendrer une poussée supersonique, sans générer de choc supersonique, et, ainsi, permettre à un véhicule aérien de voler à des vitesses supersoniques. Pour répondre aux problèmes évoqués ci-dessus de limitation de la vitesse des moteurs à propulsion mécanique par hélice, le demandeur propose un dispositif de propulsion mécanique dans lequel un rotor triangulaire en rotation au sein d’un carter de forme trochoïdale génère une poussée supérieure à celle produite par une hélice sans générer aucun flux d'air localement supersonique. Selon un premier aspect, l’invention concerne un dispositif de propulsion mécanique pour générer une poussée apte à déplacer un véhicule de transport, comportant : un carter de forme trochoïdale, muni d’une entrée d’air et d’une sortie d’air en regard l’une de l’autre et formant en son sein une chambre, et un rotor de forme triangulaire curviligne, entraîné en rotation dans la chambre du carter et engendrant, par sa rotation, une modulation du volume interne de ladite chambre (130) avec une compression et une accélération de l’air, de sorte que l’air à la sortie du carter est accéléré par rapport à l’air à l’entrée dudit carter. Ce dispositif de propulsion mécanique présente l’avantage non seulement de générer une poussée supérieure à celle d’une hélice mais également d’offrir une conception sans pale qui maximise la sécurité et minimise le bruit et le choc aérodynamique, notamment à des vitesses supersoniques. Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le dispositif de propulsion mécanique selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : le rotor comporte des côtés dont la dimension est sensiblement égale à une longueur (L) du carter. il comporte un moteur d’entraînement pour entraîner le rotor en rotation. le moteur d’entraînement est monté à l’extérieur du carter. le moteur d’entraînement est un moteur rotatif de type Wankel, monté parallèlement au carter, autour d’un même arbre de transmission. le moteur d’entraînement est un moteur électrique. le moteur d’entraînement est monté à l’intérieur du carter. le moteur d’entraînement comporte des aimants permanents répartis sur le rotor et des bobines électriques montées dans la chambre du carter pour assurer la rotation du rotor. Il comporte un conduit d’alimentation en air débouchant dans l’entrée d’air du carter et un conduit d’évacuation de l’air débouchant de la sortie d’air du carter. Un deuxième aspect de l’invention concerne un système de freinage pour aéronef comportant un dispositif de propulsion tel que défini précédemment, dans lequel la poussée générée par ledit dispositif de propulsion est une poussée inverse. Ce système de freinage peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : le dispositif de propulsion est couplé à un dispositif de freinage par frottement ou un mécanisme de freinage régénératif. Il est monté dans chacune des roues d’un aéronef. Un troisième aspect de l’invention concerne un véhicule de transport comportant au moins un dispositif de propulsion tel que défini précédemment, assurant sa propulsion dans les airs, dans l’eau ou dans un tube. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures dans lesquelles : La , déjà décrite, représente des exemples schématiques d’avion, de drone, d’hélicoptère et de VTOL équipés de moteurs à hélice ; La représente une vue schématique en coupe d’un dispositif de propulsion mécanique selon l’invention ; La représente schématiquement différentes positions du rotor dans le carter du dispositif de propulsion mécanique de l’invention ; La représente schématiquement l’évolution de la pression d’air au sein du dispositif de propulsion mécanique de la ; La représente des vues schématiques, en perspective et en coupe, du dispositif de propulsion mécanique selon un mode de réalisation passif de l’invention ; La représente des vues schématiques en coupe du dispositif de propulsion mécanique selon un mode de réalisation actif de l’invention ; La représente, dans un tableau, différents exemples de poussées obtenues avec le dispositif de propulsion mécanique selon l’invention, comparés aux poussées obtenues avec des dispositifs de propulsion classiques ; La représente une vue schématique d’un avion équipé d’un dispositif de propulsion mécanique utilisé, selon un mode de réalisation de l’invention, comme système de freinage ; La représente des vues schématiques de différents exemples de véhicules équipés du dispositif de propulsion mécanique selon l’invention. Dispositif de propulsion mécanique (100) pour générer une poussée apte à déplacer un véhicule de transport, comportant : un carter (110) de forme trochoïdale, muni d’une entrée d’air (111) et d’une sortie d’air (112) en regard l’une de l’autre et formant en son sein une chambre (130), et un rotor (120) de forme triangulaire curviligne, entraîné en rotation dans la chambre (130) du carter et engendrant, par sa rotation, une modulation du volume interne de ladite chambre avec une compression et une accélération de l’air, de sorte que l’air à la sortie (112) du carter est accéléré par rapport à l’air à l’entrée (111) dudit carter. Dispositif de propulsion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (120) comporte des côtés dont la dimension est sensiblement égale à une longueur (L) du carter (110). Dispositif de propulsion selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu’il comporte un moteur d’entraînement (310, 320) pour entraîner le rotor (120) en rotation. Dispositif de propulsion selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moteur d’entraînement (310) est monté à l’extérieur du carter. Dispositif de propulsion selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moteur d’entraînement (310) est un moteur rotatif de type Wankel, monté parallèlement au carter (110), autour d’un même arbre de transmission (125). Dispositif de propulsion selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moteur d’entraînement (310) est un moteur électrique. Dispositif de propulsion selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moteur d’entraînement (320) est monté à l’intérieur du carter (110). Dispositif de propulsion selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moteur d’entraînement (320) comporte des aimants permanents (321) répartis sur le rotor (110) et des bobines électriques (322) montées dans la chambre (130) du carter pour assurer la rotation du rotor. Dispositif de propulsion selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu’il comporte un conduit d’alimentation en air débouchant dans l’entrée d’air du carter et un conduit d’évacuation de l’air débouchant de la sortie d’air du carter. Système de freinage pour aéronef, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de propulsion (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la poussée générée par ledit dispositif de propulsion est une poussée inverse. Système de freinage selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de propulsion (100) est couplé à un dispositif de freinage par frottement ou un mécanisme de freinage régénératif. Système de freinage selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce qu’il est monté dans chacune des roues (400) d’un aéronef. Véhicule de transport, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un dispositif de propulsion (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 assurant sa propulsion dans les airs, dans l’eau ou dans un tube.