Brevet FR3155504A1 — publié le 20250523

La présente invention concerne une hélice (5), de préférence pour propulsion hydrodynamique, comprenant un moyeu (7) pivotant autour d’un axe de rotation (X), moyeu (7) duquel s’étendent au moins trois pales (9), les pales (9) étant angulairement régulièrement réparties depuis le moyeu (7) autour de l’axe de rotation (X), l’hélice (5) étant remarquable en ce que les pales (9) sont décalées axialement selon l’axe de rotation (X) les unes par rapport aux autres. L’invention concerne également un véhicule, de préférence un véhicule marin, plus préférentiellement un navire, comportant une telle hélice (5) et un moteur configuré pour entraîner l’hélice (5), le moteur étant de préférence un moteur électrique. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Hélice et véhicule doté d’une telle hélice DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention se rapporte à une hélice, de préférence pour propulsion hydrodynamique, ainsi qu’à un véhicule, de préférence un véhicule marin, plus préférentiellement un navire, doté d’une telle hélice. ETAT DE LA TECHNIQUE La plupart des hélices actuellement disponibles sur le marché sont des hélices à plusieurs pales, comprenant un moyeu pivotant autour d’un axe de rotation, moyeu à partir duquel s’étendent les pales de manière radiale. Les pales sont implantées sur le moyeu et sont angulairement régulièrement réparties sur le moyeu autour de cet axe de rotation. Une hélice peut ainsi être motrice, par exemple montée sur un véhicule tel qu’un bateau ou un aéronef, ou réceptrice, par exemple montée sur une turbine, une éolienne ou un aérogénérateur. La forme des pales des hélices existantes, qui sont généralement disposées les unes par rapport aux autres selon le principe du pas de vis quand elles sont destinées à un usage dans l’eau, crée une dépression sur la face extrados, laquelle est une face généralement convexe, et une surpression sur la face intrados, laquelle est une face généralement concave. L'eau est ensuite éjectée, créant ainsi une poussée. Néanmoins, la plupart des hélices disponibles n'offrent pas un rendement optimal, de sorte qu’elles nécessitent l'utilisation de moteurs puissants, lesquels occasionnent une forte consommation d'énergie. Ainsi, notamment en milieu liquide, la plupart des hélices disponibles présentent des problèmes de turbulence, lesquels sont notamment dus aux perturbations hydrodynamiques générées par le moyeu, ainsi qu’au « recul » notamment provoqué par l’influence mutuelle des pales entre elles. Ainsi, pour la plupart des hélices existantes, la rotation de l'hélice entraîne des turbulences pouvant perturber le flux de l’eau, ce qui diminue le rendement de l'hélice, provoque des vibrations et du bruit. La présente invention vise à pallier tout ou partie des inconvénients cités ci-dessus. L’invention a notamment pour but de fournir une hélice dont le rendement est amélioré, tout en générant moins de vibrations et de bruit. Selon un premier aspect, l’invention propose une hélice, de préférence pour propulsion hydrodynamique, comprenant un moyeu pivotant autour d’un axe de rotation, moyeu à partir duquel s’étendent au moins trois pales, les pales étant angulairement régulièrement réparties depuis le moyeu autour de l’axe de rotation, l’hélice étant remarquable en ce que les pales sont décalées axialement selon l’axe de rotation les unes par rapport aux autres. Ainsi, une telle hélice présente un rendement amélioré tout en générant moins de vibrations et de bruit. Plus précisément, l’utilisation d’au moins trois pales décalées axialement permet une meilleure circulation du fluide à travers l’hélice lors de la rotation de l’hélice autour de l’axe de rotation. En effet, la distanciation axiale de chaque pale par rapport aux autres pales réduit les perturbations générées par le moyeu, notamment les perturbations hydrodynamiques, ainsi que le coefficient de recul de l’hélice. Par exemple, lorsque l’hélice est une hélice propulsive, chaque pale repousse le fluide sans occasionner de dépression ou de surpression néfaste sur la poussée. L’hélice selon l’invention est avantageusement et optionnellement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles : - Les pales s’étendent radialement vers l’extérieur depuis le moyeu, par rapport à l’axe de rotation. - L’hélice comprend exactement trois, quatre, cinq ou six pales. L’utilisation d’un tel nombre de pales est optimale pour la propulsion hydrodynamique, notamment de véhicules marins comme des navires. - Chaque pale comprend un profil de pale comportant un bord d’attaque et un bord de fuite délimitant entre eux une face intrados et une face extrados. - Les pales angulairement régulièrement réparties sont disposées tous les 360° / Z autour de l’axe de rotation, avec Z le nombre de pales de l’hélice. - Chaque pale est décalée axialement d’une distance axiale prédéterminée par rapport à une pale angulairement adjacente. Une telle distance axiale prédéterminée permet d’optimiser la réduction des perturbations de l’hélice tout en limitant les vibrations de celle-ci. - La distance axiale prédéterminée est identique pour toutes les pales. Ainsi, chaque pale est décalée axialement de la même distance axiale prédéterminée par rapport à une pale angulairement adjacente. - La distance axiale prédéterminée est au moins égale à l’épaisseur de la pale en son centre. Ainsi, la réduction des perturbations est optimisée. - Le centre de la pale est défini comme le milieu de la corde médiane de la pale. - Chaque pale est reliée au moyeu par un pied de pale, le pied de pale étant séparé de chacun des pieds de pale des deux pales angulairement adjacentes à la pale par une distance de projection prédéterminée, la distance de projection prédéterminée étant considérée sur un plan de projection orthogonal à l’axe de rotation. Une telle distance de projection prédéterminée permet ainsi de générer un passage pour le fluide au sein de l’hélice permettant un écoulement axial, ce qui réduit davantage les perturbations. - La distance de projection prédéterminée est identique pour toutes les pales. Ainsi, le pied de pale de chaque pale est séparé de chacun des pieds de pale des deux pales angulairement adjacentes à la pale par la même distance de projection prédéterminée. - Chaque pale est séparée des autres pales par au moins la distance de projection prédéterminée, la distance de projection prédéterminée étant considérée sur un plan de projection orthogonal à l’axe de rotation. Ainsi, un passage pour le fluide est permis axialement entre chaque pale, ce qui réduit encore davantage les perturbations. - Pour chaque pale, la distance de projection prédéterminée est inférieure ou égale à largeur de projection du pied de pale de la pale, la largeur de projection étant considérée sur un plan de projection orthogonal à l’axe de rotation, la distance de projection étant de préférence égale à l’épaisseur de la pale. Une telle distance de projection prédéterminée permet ainsi d’optimiser la réduction des perturbations tout en maximisant le rendement de l’hélice. - Les pales sont identiques. Ainsi, les vibrations sont diminuées et le rendement de l’hélice est amélioré. - Les pales possèdent le même angle de calage. Ainsi, les perturbations et les vibrations sont diminuées, et ce tout en améliorant le rendement de l’hélice. - Les pales sont à pas fixe. Ainsi, le fonctionnement de l’hélice est simplifié. - Les pales sont à pas variable. Ainsi, il est possible d’optimiser davantage le rendement de l’hélice. - Le moyeu est cylindrique. Ainsi, les perturbations du moyeu sur les pales sont limitées. - L’hélice est monolithique. Ainsi, l’intégrité structurelle de l’hélice est optimisée, et sa fabrication est simplifiée. - L’hélice est à base de matériau plastique, en métal ou en bois, par exemple en bronze ou en matériau composite à base de polymère renforcé par des fibres, les fibres étant par exemple des fibres de verre ou de carbone. L’utilisation de tels matériaux permet d’adapter le matériau de l’hélice à l’utilisation de celle-ci. Par exemple, une hélice en bronze est particulièrement adaptée à être montée sur un bateau de gros tonnage de type navire, tel qu’un cargo, un porte-conteneurs, un superpétrolier ou un méthanier. Selon un deuxième aspect, l’invention propose également un véhicule, de préférence un véhicule marin, préférentiellement un bateau, plus préférentiellement un navire, comportant une hélice telle que précédemment décrite et un moteur configuré pour entraîner l’hélice, le moteur étant de préférence un moteur électrique. En effet, l’hélice selon l’invention est particulièrement adaptée à être montée sur un véhicule, de préférence un véhicule marin tel qu’un bateau, en particulier un navire. De préférence, l’utilisation d’un moteur électrique permet de réduire le bruit ainsi que les vibrations transmises à l’hélice, et permet par conséquent de réduire les vibrations de l’hélice elle-même lors de son entraînement. DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée ci-après, laquelle est purement illustrative et non limitative, et laquelle doit être lue au regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels : - la FIG. 1 est une vue schématique de côté d’un navire comportant une hélice selon un mode de réalisation ; - la FIG. 2 est une vue de côté d’une hélice selon un mode de réalisation ; - la FIG. 3 est une autre vue de côté de l’hélice représentée sur la FIG. 2 , dans laquelle l’hélice est dans une autre position angulaire de rotation autour de son axe de rotation ; - la FIG. 4 représente schématiquement une hélice selon une variante de réalisation, en projection sur un plan de projection orthogonal à l’axe de rotation de l’hélice. Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires sont désignés par des références identiques. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La FIG. 1 représente schématiquement un mode de réalisation d’un véhicule 1, lequel est de préférence un véhicule marin, préférentiellement un bateau, plus préférentiellement un navire. Alternativement, selon une variante non représentée, le véhicule 1 peut être un véhicule aérien tel qu’un aéronef ou un drone. Le véhicule 1 comporte un moteur 3 et une hélice 5. Le moteur 3 est configuré pour entraîner l’hélice 5. De préférence, le moteur 3 est un moteur électrique. De préférence, l’hélice 5 est une hélice pour propulsion hydrodynamique. L’hélice 5 est ainsi configurée pour être entraînée en rotation dans l’eau par le moteur 3. La FIG. 2 et la FIG. 3 représentent un mode de réalisation d’une hélice 5. Avantageusement, l’hélice 5 est monolithique. L’hélice 5 est ainsi formée d’un bloc, en une seule pièce. De préférence, l’hélice 5 est à base de matériau plastique, en métal ou en bois. L’hélice 5 est préférentiellement en bronze ou en matériau composite à base de polymère renforcé par des fibres. Avantageusement, les fibres sont des fibres de verre ou de carbone. Avantageusement, l’hélice 5 comprend un moyeu 7 duquel s’étendent au moins trois pales 9. Ainsi, le moyeu 7 supporte les pales 9. Le moyeu 7 est pivotant autour d’un axe de rotation X. Ainsi, l’hélice 5 est également pivotante autour de l’axe de rotation X. Avantageusement, l’axe de l’arbre du moteur 3 coïncide avec l’axe de rotation X. De préférence, le moyeu 7 est cylindrique. Selon la variante représentée sur la FIG. 2 et sur la FIG. 3 , l’hélice 5 comprend exactement trois pales 9. Alternativement, selon des variantes non représentées, l’hélice 5 comprend exactement quatre, cinq ou six pales 9. De préférence, les pales 9 sont identiques. Avantageusement, chaque pale 9 comprend un profil de pale comportant un bord d’attaque et un bord de fuite délimitant entre eux une face intrados et une face extrados. Avantageusement, les pales 9 possèdent le même angle de calage α. De préférence, les pales 9 sont à pas fixe. Alternativement, selon une variante non représentée, les pales sont à pas variable. Avantageusement, selon cette variante non représentée, les pales sont rapportées pivotantes sur le moyeu, chaque pale étant configurée pour pivoter sélectivement autour d’un axe longitudinal de la pale afin de régler le pas de la pale. De préférence, l’axe longitudinal de la pale 9 est orthogonal à l’axe de rotation X du moyeu 7. Avantageusement, les pales 9 sont angulairement régulièrement réparties depuis le moyeu 7 autour de l’axe de rotation X. En d’autres termes, les pales 9 angulairement régulièrement réparties sont disposées tous les 360° / Z autour de l’axe de rotation X, avec Z le nombre de pales 9 de l’hélice 5. Ainsi, selon le mode de réalisation représenté sur la FIG. 2 et sur la FIG. 3 , l’hélice 5 comprend trois pales 9, Z est par conséquent égal à 3. Les trois pales 9 sont disposées tous les 360° / 3 = 120° autour de l’axe de rotation X. Par exemple, dans une position de rotation de l’hélice 5 autour de l’axe de rotation X, une pale 9 est disposée à 120°, une pale 9 est disposée à 240°, et une pale 9 est disposée à 360°. Similairement, selon les variantes non représentées dans lesquelles l’hélice 5 comprend quatre, cinq ou six pales 9, lorsque l’hélice 5 comprend quatre pales 9, les quatre pales 9 sont disposées tous les 90° autour de l’axe de rotation X, lorsque l’hélice 5 comprend cinq pales 9, les cinq pales 9 sont disposées tous les 72° autour de l’axe de rotation X, et lorsque l’hélice comprend six pales 9, les six pales 9 sont disposées tous les 60° autour de l’axe de rotation X. De préférence, les pales 9 s’étendent radialement vers l’extérieur depuis le moyeu 7, par rapport à l’axe de rotation X. Avantageusement, les pales 9 sont décalées axialement selon l’axe de rotation X les unes par rapport aux autres. De préférence, chaque pale 9 est décalée axialement d’une distance axiale prédéterminée Dx par rapport à une pale 9 angulairement adjacente. Avantageusement, la distance axiale prédéterminée Dx est identique pour toutes les pales 9. En d’autres termes, chaque pale 9 est décalée axialement de la même distance axiale prédéterminée Dx par rapport à une pale 9 angulairement adjacente. Avantageusement, la distance axiale prédéterminée Dx est au moins égale à l’épaisseur E de la pale 9 en son centre C. De préférence, comme représenté sur la FIG. 2 et sur la FIG. 3 , la distance axiale prédéterminée Dx est égale à l’épaisseur E de la pale 9 en son centre C. Avantageusement, le centre C de la pale 9 est défini comme le milieu de la corde médiane de la pale 9. De préférence, chaque pale 9 est reliée au moyeu 7 par un pied de pale 11. Avantageusement, le pied de pale 11 est séparé de chacun des pieds de pale 11 des deux pales 9 angulairement adjacentes à la pale 9 par une distance de projection Dp prédéterminée. De préférence, la distance de projection prédéterminée Dp est considérée sur un plan de projection P orthogonal à l’axe de rotation X, comme cela est notamment représenté sur la FIG. 3 . Avantageusement, la distance de projection prédéterminée Dp est identique pour toutes les pales 9. Ainsi, le pied de pale 11 de chaque pale 9 est séparé de chacun des pieds de pale 11 des deux pales 9 angulairement adjacentes à la pale 9 par la même distance de projection prédéterminée Dp. De préférence, chaque pale 9 est séparée des autres pales 9 par au moins la distance de projection prédéterminée Dp. Avantageusement, pour chaque pale 9, la distance de projection prédéterminée Dp est inférieure ou égale à une largeur de projection Lp du pied de pale 11 de la pale 9, la largeur de projection Lp étant considérée sur le plan de projection P orthogonal à l’axe de rotation X. De préférence, comme cela est représenté sur la FIG. 3 , la distance de projection Dp est égale à l’épaisseur E de la pale 9. Avantageusement, la distance de projection prédéterminée Dp est égale à la distance axiale prédéterminée Dx. Ainsi, un passage pour le fluide est permis axialement entre chaque pale 9, tout en limitant les dimensions du moyeu 7. Avantageusement, le moyeu 7 comprend une échancrure 13 s’étendant radialement de part et d’autre de l’axe de rotation X. Une telle échancrure 13 permet de transmettre de manière simple et sûre un couple depuis le moteur 5 au moyeu 7, via un arbre moteur. L’arbre moteur comprend alors une nervure complémentaire de l’échancrure 13. La FIG. 4 représente schématiquement une variante de réalisation de l’hélice 5, en projection sur le plan de projection P orthogonal à l’axe de rotation X de l’hélice 5. L’hélice 5 selon cette variante de réalisation se distingue de l’hélice 5 précédemment décrite et représentée notamment sur la FIG. 3 en ce que, pour chaque pale 9, la distance de projection prédéterminée Dp est égale à la largeur de projection Lp du pied de pale 11 de la pale 9. Plus généralement, l’hélice 5 précédemment décrite peut être configurée pour être montée sur une turbine hydraulique, une hydrolienne, une éolienne, une turbomachine. L'invention n'est pas limitée aux modes et variantes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier. Il est notamment possible de combiner les modes et variantes de réalisation entre eux. Hélice (5), de préférence pour propulsion hydrodynamique, comprenant un moyeu (7) pivotant autour d’un axe de rotation (X), moyeu (7) à partir duquel s’étendent au moins trois pales (9), les pales (9) étant angulairement régulièrement réparties depuis le moyeu (7) autour de l’axe de rotation (X), caractérisée en ce que les pales (9) sont décalées axialement selon l’axe de rotation (X) les unes par rapport aux autres. Hélice (5) selon la revendication 1, dans laquelle chaque pale (9) est décalée axialement d’une distance axiale prédéterminée (Dx) par rapport à une pale (9) angulairement adjacente. Hélice (5) selon la revendication 2, dans laquelle la distance axiale prédéterminée (Dx) est au moins égale à l’épaisseur (E) de la pale (9) en son centre. Hélice (5) selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle chaque pale (9) est reliée au moyeu (7) par un pied de pale (11), le pied de pale (11) étant séparé de chacun des pieds de pale (11) des deux pales (9) angulairement adjacentes à la pale (9) par une distance de projection prédéterminée (Dp), la distance de projection prédéterminée (Dp) étant considérée sur un plan de projection (P) orthogonal à l’axe de rotation (X). Hélice (5) selon la revendication 4, dans laquelle pour chaque pale (9), la distance de projection prédéterminée (Dp) est inférieure ou égale à largeur de projection (Lp) du pied de pale (11) de la pale (9), la largeur de projection (Lp) étant considérée sur un plan de projection (P) orthogonal à l’axe de rotation (X), la distance de projection (Dp) étant de préférence égale à l’épaisseur (E) de la pale (9) en son centre. Hélice (5) selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle les pales (9) sont identiques. Hélice (5) selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle les pales (9) possèdent le même angle de calage (α). Hélice (5) selon l’une des revendications 1 à 7, dans laquelle le moyeu (7) est cylindrique. Hélice (5) selon l’une des revendication 1 à 8, laquelle est monolithique. Véhicule (1), de préférence véhicule marin, plus préférentiellement navire, comportant une hélice (5) selon l’une des revendications 1 à 9 et un moteur (3) configuré pour entraîner l’hélice (5), le moteur (3) étant de préférence un moteur électrique.