Brevet FR3160217A1 — publié le 20250919

Titre : Hélice de ventilateur L’invention a pour objet une hélice (1) de ventilateur comprenant un moyeu (2) présentant un axe de rotation (XR) et des pales (3) s'étendant globalement radialement vers l'extérieur à partir du moyeu (2), chaque pale (3) étant définie par une envergure (EN), un bord d’attaque (BA) et un bord de fuite (BF), la pale (3) étant en outre définie par un empilement de profils aérodynamiques (PA) construits avec une loi d’épaisseur (LE1) autour d'une fibre neutre (FN) reliant le bord d’attaque (BA) au bord de fuite (BF) de la pale (3), la fibre neutre (FN) étant caractérisée par un paramètre appelé longueur de corde (LC) représentant la distance entre les deux extrémités de la fibre neutre (FN), la loi d'épaisseur (LE1) représentant l'évolution de l'épaisseur du profil le long de la fibre neutre (FN), la loi d’épaisseur présentant une variation dans le sens de l’envergure (EN) de sorte à former sur la pale (3) aux moins deux ondulations (3) d’épaisseur qui sont espacées l’une de l’autre dans le sens de l’envergure (EN). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Hélice de ventilateur La présente invention concerne une hélice de ventilateur, notamment un ventilateur de type axial. Le ventilateur est notamment configuré pour être intégré dans un module de refroidissement avant d'un véhicule thermique ou électrique. La présente invention vise notamment à réduire le bruit dans un tel ventilateur, sans impacter les performances aérauliques du ventilateur. L’invention a ainsi pour objet une hélice de ventilateur comprenant un moyeu présentant un axe de rotation et des pales s'étendant globalement radialement vers l'extérieur à partir du moyeu, chaque pale étant définie par une envergure, un bord d’attaque et un bord de fuite, la pale étant en outre définie par un empilement de profils aérodynamiques construits avec une loi d’épaisseur autour d'une fibre neutre reliant le bord d’attaque au bord de fuite de la pale, la fibre neutre étant caractérisée par un paramètre appelé longueur de corde représentant la distance entre les deux extrémités de la fibre neutre, la loi d'épaisseur représentant l'évolution de l'épaisseur du profil le long de la fibre neutre, la loi d’épaisseur présentant une variation dans le sens de l’envergure de sorte à former sur la pale aux moins deux ondulations d’épaisseur qui sont espacées l’une de l’autre dans le sens de l’envergure. Dans l’invention, en quelque sorte, on pilote un coefficient d’épaississement ou d’amincissement sur chaque section (du profil aérodynamique) qui compose la pale, de sorte à former des ondulations lorsque l’on passe d’un profil aérodynamique à l’autre. Ainsi les ondulations d’épaisseur sont ici dues à une alternance, dans le sens de l’envergure, de sections amincies qui définissent des points bas des ondulations, et de sections épaissies qui définissent des points haut des ondulations. Le déposant a constaté que la ou les ondulations sur la pale permettent un gain acoustique et aérodynamique. En particulier, l’invention permet une réduction du niveau acoustique sans impact sur les performances aérauliques et sans modification du processus de fabrication. En particulier, les ondulations apportent une cohérence d'écoulement en diminuant les effet radiaux aérauliques. L'explication sur le gain de performance peut s'expliquer notamment par le fait que la couche limite peut être mieux maintenue au profil, ce qui engendre moins de décollement susceptible de faire perdre de la performance aéraulique et ce qui réduit les fluctuations acoustiques génératrices de bruit. On rappelle que la fibre neutre passe par le centre du profil de la pale, entre le bord d’attaque et le bord de fuite. Le profil aérodynamique correspond notamment à une section circulaire de la pale à un rayon donné, section obtenue par intersection à un rayon donné avec un cylindre géométrique de même axe que l’axe de rotation de l’hélice. Les profils aérodynamiques de l’empilement peuvent être identiques ou variables. On appelle « envergure de la pale » notamment la longueur de la pale mesurée dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation de l’hélice, sur une droite passant par l’axe de rotation et exprimée en pourcentage. La valeur 0% correspond notamment à un point de contact de la pale avec le moyeu (point appelé pied de pale) et la valeur 100% correspond à un point de contact de la pale avec une jante (point appelé tête de pale). L’expression « dans le sens de l’envergure » désigne notamment le sens qui va du pied de pale à la tête de pale. La loi d’épaisseur sur la fibre neutre est ici prise avec les conventions suivantes, dans le cas où l’intrados et l’extrados sont symétrique l’un de l’autre : en abscisse, se trouve la position du point considéré le long de la fibre neutre exprimée en pourcentage de la longueur de la fibre neutre, avec 0% lorsqu’il s’agit du point sur le bord d’attaque et 100% lorsqu’il s’agit du point sur le bord de fuite, et en ordonnée, on lit l’épaisseur de la pale, d’un côté de la fibre neutre, exprimée en pourcentage de la longueur de corde, à savoir l’ordonnée est déterminée par un ratio de la longueur de corde à un rayon donné. L’épaisseur est mesurée en prenant comme référence Zéro la fibre neutre. Par exemple, le profil de l’extrados est défini par l’évolution de l’épaisseur le long de la fibre neutre, cette épaisseur étant la distance mesurée entre la fibre neutre et l’extrados. Il est possible d’avoir une loi d’épaisseur pour définir l’intrados de la pale. L’épaisseur est, dans ce cas, la distance entre la fibre neutre et l’intrados. Il est possible d’avoir une loi d’épaisseur pour l’extrados et une autre loi d’épaisseur pour l’intrados. Selon l’un des aspects de l’invention, l’ondulation peut être définie, dans le sens de l’envergure, par un point bas entouré par deux points haut. Le point bas de l’ondulation est notamment sur une section amincie de la pale et le point haut est sur une section épaissie de la pale. L’amplitude de l’ondulation est la différence d’épaisseur entre le point bas et le point haut de l’ondulation, à un emplacement donné de l’envergure. Selon l’un des aspects de l’invention, cette pluralité d’ondulations sur la face principale (extrados ou intrados) présente des amplitudes d’épaisseur identiques au moins pour certaines des ondulations. Selon un autre des aspects de l’invention, la pluralité d’ondulations sur la face principale (extrados ou intrados) présente des amplitudes d’épaisseur toutes différentes. Selon l’un des aspects de l’invention, certaines au moins des ondulations sur la face principale (extrados ou intrados) présente des amplitudes d’épaisseur qui augmentent en s’approchant de la tête de pale. Notamment les ondulations présentent des amplitudes d’épaisseur qui augmentent en s’approchant de la tête de pale. Selon l’un des aspects de l’invention, la ou les ondulations présentent, suivant l’envergure, une forme en sinus ou pseudo-sinusoïdale. Les ondulations sont notamment contenues entre deux courbes enveloppes, notamment des courbes de type polynomial. Selon l’un des aspects de l’invention, l’ondulation comprend un sillon qui s’étend sensiblement transversalement à l’envergure de la pale, notamment suivant une fibre neutre de la pale. Selon l’un des aspects de l’invention, les ondulations sont parallèles entre elles. Selon l’un des aspects de l’invention, les ondulations sont parallèles aux fibres neutres de la pale. Selon l’un des aspects de l’invention, les ondulations sont inclinées pour former une spirale positive ou une spirale négative sur la pale. Dans le cas d'une spirale positive, le rayon augmente au fur et à mesure que l'on progresse le long de la pale de l'hélice. Cela signifie que le point sur la pale de l'hélice s'éloigne progressivement de l'axe central. En revanche, dans le cas d'une spirale négative, le rayon diminue au fur et à mesure que l'on avance le long de la pale de l'hélice. Cela signifie que le point sur la pale de l'hélice se rapproche progressivement de l'axe central. Selon l’un des aspects de l’invention, les ondulations sont présentes seulement sur une portion de l’envergure de la pale. Autrement dit, les ondulations ne sont pas présentes sur toute l’envergure, depuis le pied de pale jusqu’à la tête de pale. Ainsi sur une portion de l’envergure, la pale est dépourvue d’ondulations, l’épaisseur de la pale étant alors donnée par les lois d’épaisseur usuelles, sans application de coefficient d’épaississement ou d’amincissement sur ces sections. Selon l’un des aspects de l’invention, les ondulations sont présentes sur au plus 80 % de la longueur de l’envergure de la pale, notamment sur au plus 60% ou 50 % de la longueur de l’envergure de la pale. Selon l’un des aspects de l’invention, les ondulations ne commencent qu’au-delà des premiers 20%, ou 40%, ou 50% de la longueur de l’envergure, en partant du pied de pale. Ainsi, dans une zone adjacente au pied de pale, il n’y a pas d’ondulations. Par exemple, chaque pale comprend une zone locale avec une série de sillons ou ondulations, et le reste de la pale en dehors de cette zone, ne présente pas d’ondulations et peut présenter une courbure relativement lisse. Selon l’un des aspects de l’invention, chaque ondulation s’étend, comme un sillon, depuis le bord d’attaque jusqu’au bord de fuite. Selon l’un des aspects de l’invention, seul l’extrados ou l’intrados présente une ou plusieurs ondulations. L’autre face principale est dépourvue d’ondulations. En variante, l’extrados et l’intrados présentent, tous les deux, une ou plusieurs ondulations. Dans ce cas, les ondulations sur l’extrados et l’intrados peuvent être symétriques les unes des autres par rapport à la fibre neutre, ou en variante, être dissymétriques. Selon l’un des aspects de l’invention, le nombre d’ondulations est compris entre 3 et 15, par exemple entre 3 et 8. Selon l’un des aspects de l’invention, toutes les pales de l’hélice sont pourvues d’ondulations selon l’invention. Selon l’un des aspects de l’invention, les pales joignent, à leur tête de pale, une jante qui est axisymétrique avec le moyeu. L’invention concerne encore un ventilateur électrique, notamment de véhicule automobile, comportant une hélice telle que précitée. D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels : FIG. 1 La FIG. 1 est une représentation d’une hélice selon un exemple de réalisation de l’invention ; FIG. 2 La FIG. 2 est une vue en coupe, d’une pale de l’hélice de la FIG. 1 ; FIG. 3 La FIG. 3 montre une courbe illustrant la variation de la loi d’épaisseur appliquée aux pales de l’hélice de la FIG. 1 ; FIG. 4 La FIG. 4 est une représentation d’une pale avec ses éléments caractéristiques ; FIG. 5 La FIG. 5 est une représentation en coupe, d’une pale avec ces éléments caractéristiques ; FIG. 6 La FIG. 6 montre une courbe illustrant une loi d’épaisseur simple ; FIG. 7 La FIG. 7 montre des ondulations inclinées pour former une spirale positive ; FIG. 8 La FIG. 8 montre des ondulations inclinées pour former une spirale négative. Les caractéristiques, variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes par rapport aux autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique et/ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur. On a représenté, sur la FIG. 1 , une hélice 1 qui équipe un ventilateur de type axial 100. Le ventilateur 100, entraîné par un moteur électrique, est configuré pour être intégré dans un module de refroidissement avant d'un véhicule thermique ou électrique. D’autres applications sont bien entendu envisageables. L’hélice 1 comprend un moyeu 2 présentant un axe de rotation XR et des pales 3 s'étendant globalement radialement (suivant un rayon Ra) vers l'extérieur à partir du moyeu 2 jusqu’à une jante 4. Le nombre de pales est par exemple compris entre 5 et 20, étant ici de 7. Les pales 3 sont régulièrement reparties (avec un pas angulaire régulier) autour du moyeu 2, ou réparties de manière non régulière autour de l’axe XR, créant ainsi une répartition asymétrique. Comme illustré sur la FIG. 4 , chaque pale 3 est définie par une envergure EN, un bord d’attaque BA et un bord de fuite BF. La pale 3 est en outre définie par un empilement de profils aérodynamiques PA construits avec une loi d’épaisseur LE1 autour d'une fibre neutre FN reliant le bord d’attaque BA au bord de fuite BF de la pale 3 (voir FIG. 5 ). La fibre neutre FN est caractérisée par un paramètre appelé longueur de corde LC représentant la distance entre les deux extrémités BA et BF de la fibre neutre FN. La FIG. 6 montre, sur la courbe du bas, un exemple de loi d’épaisseur LE1 qui représente l'évolution de l'épaisseur du profil PA le long de la fibre neutre FN. On rappelle que la fibre neutre FN passe par le centre du profil PA de la pale 3, entre le bord d’attaque BA et le bord de fuite BF. Le profil aérodynamique PA correspond notamment à une section circulaire de la pale 3 à un rayon donné Rd (voir FIG. 4 ), section obtenue par intersection à un rayon donné avec un cylindre géométrique de même axe que l’axe de rotation de l’hélice XR. La courbe de la FIG. 6 montre la loi d’épaisseur LE1 appliquée sur la fibre neutre FN d'une section circulaire à un rayon donné pour définir la courbe extrados à ce même rayon. Par exemple, une valeur d’ordonnée égale à zéro signifie que l’épaisseur de la pale 3 est nulle, et une valeur d’ordonnée à 2% signifie que, en ce point de la fibre neutre FN de la section, l’épaisseur mesurée en s’appuyant sur la fibre neutre FN de la pale 3, est de 2% de la longueur de corde LC. Il est également possible d’avoir une loi d’épaisseur pour définir l’intrados INT de la pale 3. L’épaisseur est, dans ce cas, la distance entre la fibre neutre FN et l’intrados INT. Il est possible d’avoir une loi d’épaisseur pour l’extrados EXT et une autre loi d’épaisseur pour l’intrados INT. Dans ce cas, la fibre neutre est décalée par rapport au centre du profil PA. Les profils aérodynamiques PA de l’empilement peuvent être identiques ou variables. On appelle « envergure de pale EN » notamment la longueur de la pale 3 mesurée dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation XR de l’hélice 1, sur une droite passant par l’axe de rotation XR et exprimée en pourcentage. La valeur 0% correspond à un point de contact de la pale 3 avec le moyeu 2 (point appelé pied de pale PP) et la valeur 100% correspond à un point de contact de la pale 3 avec la jante 4 (point appelé tête de pale TP). Dans l’exemple décrit, la loi d’épaisseur LE1 présente une variation (dont la courbe VAR est représentée sur la FIG. 3 ) dans le sens de l’envergure de sorte à former sur la pale 3 des ondulations 5 d’épaisseur qui sont espacées l’une de l’autre dans le sens de l’envergure EN. Dans l’invention, en quelque sorte, on pilote un coefficient d’épaississement ou d’amincissement sur chaque section (du profil aérodynamique PA) qui compose la pale 3, de sorte à former des ondulations 5 lorsque l’on passe d’un profil aérodynamique PA à l’autre. Ainsi les ondulations 5 d’épaisseur sont ici dues à une alternance, dans le sens de l’envergure, de sections amincies PA2 qui définissent des points bas des ondulations 5, et de sections épaissies PA1 qui définissent des points haut des ondulations 5. Les coefficients d’épaississement ou d’amincissement se lisent sur la courbe VAR sur la FIG. 3 . Autrement dit, la variation de la courbe VAR des profils PA de la pale 3, le long de l’envergure EN, donnent des coefficients d’épaississement ou d’amincissement pour chaque profil aérodynamique PA, par rapport à des loi d’épaisseur usuelles qui ne généreraient pas d’ondulations au sens de l’invention. Chaque ondulation 5 est définie, dans le sens de l’envergure EN, par un point bas entouré par deux points haut. Le point bas de l’ondulation est sur une section amincie PA2 de la pale 3 et le point haut est sur une section épaissie PA1 de la pale 3. L’amplitude de l’ondulation 5 est la différence d’épaisseur entre le point bas et le point haut de l’ondulation, à un emplacement donné de l’envergure EN. Les ondulations 5 présentent, suivant l’envergure EN, une forme en sinus ou pseudo-sinusoïdale. Les ondulations 5 sont contenues entre deux courbes enveloppes ENV1 et ENV2, notamment des courbes de type polynomial. Les ondulations 5 forment des sillons qui s’étendent sensiblement transversalement à l’envergure EN de la pale 3. Les ondulations 5 sont parallèles entre elles, et parallèles aux fibres neutres FN de la pale 3. Dans d’autres exemples de réalisation de l’invention, les ondulations 5 présente un angle d’évolution pour former une spirale positive (voir FIG. 7 ) ou une spirale négative sur la pale (voir FIG. 8 ). Dans le cas d'une spirale positive, le rayon augmente au fur et à mesure que l'on progresse le long de la pale 3 de l'hélice. Cela signifie que le point sur la pale 3 de l'hélice s'éloigne progressivement de l'axe central XR. En revanche, dans le cas d'une spirale négative, le rayon diminue au fur et à mesure que l'on avance le long de la pale 3 de l'hélice. Cela signifie que le point sur la pale 3 de l'hélice se rapproche progressivement de l'axe central XR. L’angle d’évolution (qui est pris sur le bord d’attaque BA et mesuré par rapport à la droite tangente au cercle géométrique à ce point de bord d'attaque) est par exemple de 1° à 10°. Les ondulations 5 sont présentes seulement sur une portion 20 de l’envergure EN de la pale. Autrement dit, les ondulations 5 ne sont pas présentes sur toute l’envergure EN, depuis le pied de pale PP jusqu’à la tête de pale TP. Ainsi sur une portion de l’envergure, la pale est dépourvue d’ondulations, l’épaisseur de la pale étant alors donnée par les lois d’épaisseur usuelles, sans application de coefficient d’épaississement ou d’amincissement sur ces sections. Les ondulations 5 sont présentes sur au plus 80 % de la longueur de l’envergure EN de la pale 3, notamment sur au plus 60% ou 50 % de la longueur de l’envergure de la pale. Les ondulations 5 ne commencent qu’au-delà des premiers 20%, ou 40%, ou 50% de la longueur de l’envergure EN, en partant du pied de pale PP. Ainsi, dans une zone adjacente au pied de pale PP, il n’y a pas d’ondulations. Dans l’exemple décrit, les ondulations 5 sont présentes entre 40% à 100 % de l'envergure en partant du pied de pale PP, et donc les ondulations 5 sont présentes sur 60% de la longueur de l’envergure de la pale. Ainsi chaque pale 3 comprend une zone locale avec une série de sillons ou ondulations 5, et le reste de la pale en dehors de cette zone, ne présente pas d’ondulations et peut présenter une courbure relativement lisse. Chaque ondulation 5 s’étend, comme un sillon, depuis le bord d’attaque jusqu’au bord de fuite. La pale 3 peut présenter un certain angle de calage CAL, comme illustré sur la FIG. 5 . Hélice (1) de ventilateur comprenant un moyeu (2) présentant un axe de rotation (XR) et des pales (3) s'étendant globalement radialement vers l'extérieur à partir du moyeu (2), chaque pale (3) étant définie par une envergure (EN), un bord d’attaque (BA) et un bord de fuite (BF), la pale (3) étant en outre définie par un empilement de profils aérodynamiques (PA) construits avec une loi d’épaisseur (LE1) autour d'une fibre neutre (FN) reliant le bord d’attaque (BA) au bord de fuite (BF) de la pale (3), la fibre neutre (FN) étant caractérisée par un paramètre appelé longueur de corde (LC) représentant la distance entre les deux extrémités de la fibre neutre (FN), la loi d'épaisseur (LE1) représentant l'évolution de l'épaisseur du profil le long de la fibre neutre (FN), la loi d’épaisseur (LE1) présentant une variation dans le sens de l’envergure (EN) de sorte à former sur la pale (3) aux moins deux ondulations (3) d’épaisseur qui sont espacées l’une de l’autre dans le sens de l’envergure (EN). Hélice (1) selon la revendication précédente, dans laquelle l’ondulation (5) est définie, dans le sens de l’envergure (EN), par un point bas entouré par deux points haut, le point bas de l’ondulation (5) étant sur une section amincie (PA2) de la pale (3) et le point haut étant sur une section épaissie (PA1) de la pale (3). Hélice (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle les ondulations (5) sont présentes sur au plus 80 % de la longueur de l’envergure de la pale (3), notamment sur au plus 60% ou 50 % de la longueur de l’envergure de la pale (3). Hélice (1) selon la revendication précédente, dans laquelle les ondulations ne commencent qu’au-delà des premiers 20%, ou 40%, ou 50% de la longueur de l’envergure (EN), en partant du pied de pale (PP). Hélice (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle chaque pale (3) comprend une zone locale avec une série de sillons ou ondulations (5), et le reste de la pale en dehors de cette zone, présente une courbure relativement lisse. Hélice (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle les ondulations (5) présentent des amplitudes d’épaisseur qui augmentent en s’approchant de la tête de pale (TP). Hélice (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle chaque ondulation (5) s’étend depuis le bord d’attaque (BA) jusqu’au bord de fuite (BF). Hélice (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le nombre d’ondulations (5) par pale (3) est compris entre 3 et 15, par exemple entre 3 et 8. Hélice (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle les ondulations (5) sont parallèles entre elles. Ventilateur (100), notamment de véhicule automobile, comportant une hélice selon l’une des revendications précédentes.