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Perfectionnement aux hélices.
Cette invention a pour objet une hélice destinée à tra- vailler dans un fluide et a été réalisée avec succès pour la propulsion des bateaux.
L'apparition des moteurs à grande vitesse a montré le besoin d'une hélice efficace à grande vitesse, et la présente invention a pour objet une hélice de ce genre.
L'invention est basée sur un principe nouveau, et la grande efficacité des nouvelles hélices prouve l'exactitude de principe.
Jusque présent, le glissement était considéré comme une perte nécessaire dans le travail de l'hélice. Toutefois, on a constaté que cette perte de vitesse peut, dans une héli-
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ce dont le pas a été convenablement établi, être entièrement récupérée par un gain de la poussée.
L'hélice constitue, en premier lieu, une surface qui, lors de la marche du bateau, est continuellement poussée en arrière et un? action sembla- ble celle d'un déversoir se produit le long du bord conduc- teur des palettes de l'hélice, provoquant la chute* de l'eau sur ces palettes et contre celles-ci.
On a découvert qu'en dondant à l'hélice un pas approprié, la force de déversoir peut être raclée de telle manière qu'elle produit conjointe- ment avec la force d'inertie de l'eau dirigée vers l'avant, une aspiration sur les palettes perpendiculairement a l'in- clinaison en avant de la section de l'hélice, rendant ainsi la force de poussée utile égale au coupla ou à la puissance du moteur et éliminant la perte par glissement.
Le constructeur est habituellement tenu d'adapter l'hé- lice un atbre de machine exécutant un certain nombre de tours par unité de temps et la présente invention a pour objet une méthode qui permet de réaliser cette condition avec succès, en pratique, cette méthode permettant une certaine latitude dans la variation du pas, sans nuire à l'efficacité de l'hé- lice.
Dans la présente description, on a décrit en détails et on a représenté deux hélices différentes développant la même force à la même vitesse d'avancement, bien que l'une des héli- ces exécute un nombre de tours 25 % plus élevé que l'autre.
L'invention a également pour objet un certain nombre d'é- léments de construction qui doivent être, employés en combinai- son, pour atteindre la limite d'efficacité qu'il est possible de donner à l'hélice par des perfectionnements mécaniques.
Dans les dessins:
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Fig. 1 est une vue de cote d'une hélice à grande vitesse, dont la surface des pales constitue des parties de la surface hélicoïdale du propulseur;
Fig. 2 est une vue en plan.de l'hélice à grande vi'tesse.
Fig. 3 montre des sections des pales de l'hélice à grande vitesse développée de la manière conventionnelle ;
Fig. 4 représente une vue de côté de l'hélice à petite vitesse dont les surfaces des palettes constituent des parties de la surface hélicofdale.
Fig. 5 est une vue en plan de l'hélicefaible vitesse;
Fig. 6 montre les sections des pales de l'hélice faible vitesse développée de la manière conventionnelle.
En se référant à ces dessins dans lesquels les mêmes lettres de référence désignent des organes correspondants, 1 représente l'hélice grande vitesse qui est susceptible d'exécuter un nombre élevé de tours par unité de temps.
L'hélice 1 comprend le moyeu 2 qui est calé sur l'arbre 3 et est pourvu d'un écrou 4 ayant une forme appropriée.
Les pales 5 sont d'une pièce avec le moyeu 4 et leurs faces postérieures ou d'aspiration ont un pas plus faible que les parties actives ou faces de pression 7.
Autour du moyeu, les faces de pression présentent le même pas que les faces d'aspiration et cette partie de la face de pression devient inactive lorsque l'eau a déjà reçu une vites- se correspondante sous l'action de la face'd'aspiration.
Il est tout-à-fait pratique de donner la face de pres- sion, en tous les points de la pale le même pas qu'à la face d'aspiration et, dans ce cas, la totalité du travail est effectuée sur la face d'aspiration de l'hélice. Le pas des deux faces doit alors. être établi en substance comme décrit @
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ci-dessous pour la face d'aspiration. On a trouvé qu'il était également pratique, lorsqu'on ne peut employer un moyeu de grandes dimensions en raison de son poids ou de son encombre- mpnt, de rendre le pas constant dans la zône du moyeu qui sera définie ultérieurement dans la description.
Les lignes 8,9 et 10 de l'hélice représentent les lignes engendrées par le sommet des pales, tandis que la ligne héli- cordale II représente la ligne engendrée par la section de la pale pour laquelle le pas de la pression devient égal au pas de l'aspiration. La section 12 du sommet, de même que toutes les sections jusqu'3 et y compris la section 13, sont représentées comme étant triangulaires, tandisque toutes les sections de pales à partir de la section 13 jusqu'au moyeu ont la face d'aspiration parallèle h la face de pression.
Sur les figures 3 et 6, P représente le pas d'aspiration pour la section de pale divisée par 2N; P' représente le pas de pression correspondant divisé par 2 N; R représente le rayon de la section de pale et V désigne l'avance de l'héli- ce par rapport l'eau pour l/6ème de tour approximativement, étant donné que l'expression 2 N est fort rapprochée de 6.
L'hélice 14 est destinée 2. exécuter un plus petit nombre de tours par unité de temps et elle comprend un moyeu 15 calé sur l'arbre 16 et pourvu d'un écrou 17.
Les pales 18 sont d'une pièce avec le moyeu et leur face arrière ou face d'aspiration 19, présente un pas plus faible que le pas des faces de pression 20 àla partie extérieure des pales.
L'hélice 14 présente également une partie ou. les côtés des sections sont parallèles, mais dans cette hélice ces sec- tions sont moins actives, car elles possèdent un pas égal à
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la vitesse d'arrivée de l'eaul'hélice. Les lignes hélicoï- dales 21,22 et 23 représentent les lignes engendrées par les sommets des pales tandis que la ligne hélicoïdale 24 représen- te la ligne engendrée par la section de la pale laquelle les côtés des sections deviennent parallèles.
La section au sommet 25, de même que toutes les sections jusqu'à et y compris la section 26, sont représentées comme étant triangulaires et toutes les autres sections ont leurs côtés parallèles.
On voit, par les figures 1 et 4, que l'espace C entre les trajets adjacents parcourus par les pales est égal à la largeur des sections de pales correspondantes.
Sur les figures 3 et 6, l'angle A désigne l'angle d'in- clinaison de la face d'aspiration de la section considérée et l'angle A' désigne l'angle d'inclinaison de la face de pres- sion. Le pas d'aspiration P de la surface d'aspiration active est détermine pour cnacune des sections radiales de telle
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manière que P = R ¯¯s#.Y#, et la pas de la surface de VR2 - 72 pression active est choisi de telle manière que P' = R¯¯x yp:2:-p2" Il en résulte que tous les éléments de surface qui sont situés à la même distance radiale de l'axe du propulseur possèdent le même pas.
De même, lorsque R = V , le pas nécessaire devient infini et la surface d'aspiration active doit, par conséquent, s'ar- rêter en un point déterminé avant que cette limite soit atteins te, ou bien le( rayon de la zone d'aspiration inactive doit être plus grand que la vitesse d'arrivée de l'eau par -',!tour divisée par 2 N ou approximativement par 6. Il y a lieu de remarquer que la variation du pas cesse lorsque la limite définie ci-dessus est atteinte.
@ ci-dessus est atteinte.
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De même lorsque R = P, le pas de pression nécessaire devient infini et le pas de pression active doit, par consé- quent, cesser avant que cette limite soit atteinte ou bien le rayon de la zône de pression inactive doit être plus grand que le pas d'aspiration divisé par 2 N ou approximativement par 6.
Il y a lieu de remarquer également que l'arrivée de l'eau est donnée comme étant un certain pas prédéterminé, à savoir
V, permettant de déterminera pas de la face d'aspiration de la manière décrite. Pour fonctionner à un rendement maximum, une section de pale doit décharger l'eau utilisée directement vers l'arrière et comme la quantité d'eau utilisée par la sec- tion de la pale est déterminée par la largeur de la section, l'eau, pour pouvoir passer à travers la saillie radiale de la section, doit recevoir une vitesse de décharge égale au produit de la vitesse d'arrivée et de la valeur invar se de cosinus A, A étant l'angle d'inclinaison de la face d'aspi- ration considérée.
Dans cette hélice, un certain pas est, par conséquent, superposé au pas constant V et ce pas superposé empêcha toute tendance de l'eau à tourner avec l'hélice, vu qu'il engendre une force de déversement dirigée en sens opposé.
On a trouvé que la quantité d'eau déplacée par un plan incliné est égale au produit de la surface du plan et de la vitesse à laquelle l'eau se meut sur ce plan.
Il en résulte que, pour accélérer la colonne d'eau totale qui est limitée par la surface discorde de l'hélice et le pas, il est nécessaire de donner toutes les sections actives de pales une largeur égale à la distance C de la section con- sidérée, C étant la distance entre les trajets adjacents des pales.
@
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De ce qui précède, il résulte que l'avance réalisée par tour de l'hélice doit, à l'endroit d'efficience, être égale au produit du pas de cosinus A, A étant l'angle de l'inclinai- son de la face d'aspiration de la section de pale considérée.
Cette relation peut être facilement traduite par l'expression
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P /.p,2 - 7¯- De même, lorsqu'on considère que la vitesse du VR2"r"v2 pas V est la vitesse d'arrivée de l'eau à la face d'aspiration du propulseur, la vitesse correspondante pour la face de pression est la vitesse du pas de la face d'aspiration et il s'ensuit que le pas du côté de l'aspiration doit être égal au produit du pas du côté de pression par cosinus A', A' étant, dans ce cas, l'angle de l'inclinaison de la face de-pression de la section radiale considérée ;
cetterelation est aisément
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traduite par.l'expression p, = -JEL-3L..E De ce qui précède, il R2- P2 résulte que le pourcentage de glissement augmente en même temps que l'amplitude du pas et il est par conséquent possible de construire les deux hélices représentées en leur donnant la même diamètre, de manière à développer le même nombre de che- vaux-vapeurs, bien que l'hélice dont le pas est le plus élevé tourne 8 une vitesse plus faible de 25% que l'autre.
Il est à remarquer que la vitesse de l'arrivée d'eau pour la face de pression est la vitesse du pas de la face d'aspira- tion, lorsque la totalité de l'eau qui passe à travers l'héli- ce a d'abord été déplacée directement vers l'arrière par la face d'aspiration,. Sous ce rapport, il suffit de rappeler la raison de l'épaisseur de la partie antérieure de l'hélice con- ventionnelle, à pas relativement grand.
Une pareille hélice peut être construite de manière à fonctionner efficacement en rendant le pas de pression égal au produit du pas de l'aspiration par le cosinus de l'angle
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d'inclinaison de la face de pression de la section radiale de la pale considérée. L'excès de vitesse communiqué à l'eau par le pas d'aspiration élevé développe, lorsqu'il est réduit à la vitesse du pas de la face de pression, un couple auxiliaire sur l'arbre de l'hélice sans qu'il en résulte de perte d'é- nergie et la présente invention se rapporte également à. l'amplitude du pas pour les sections de pales triangulaires présentant une surépaisseur à la partie antérieure.
Comme on obtient une grande amélioration en donnant au pas des valeurs approchées de la valeur déterminée par la présente invention, il faut considérer que sans sortir de celle-ci, on peut s'é- carter de la valeur exacte du pas déterminée par le calcul mathématique pour.ces hélices, l'écart envisagé étant de 25% dans lesvariations du pas superposé au pas V. On peut envi- sager également une tolérance de 10 o pour la largeur des pales de l'hélice dans s'écarter de l'invention. Dans l'héli- ce qui fait l'objet de l'invention, le courant de l'eau est constant, même sur la totalité de la surface discorde et la pression sur les pales du propulseur a pour effet de réduire ce flux à mesure que le rayon diminue du sommet au moyeu.
Dans toutes les hélices à pas constant, la pression au sommet est excessive, tandis que la pression au moyeu est trop faible, ce qui donne lieu à une certaine circulation latérale du moyeu au sommet et la cavitation peut se produire aux sommets pour des puissances relativement faibles. Sous ce rapports, il y a lieu de mentionner également que des essais réels ont montré la possibilité de développer, au moyen de la présente hélice, une puissance trois fois plus grande au point d'efficience qu'à l'aide des hélices concentionnelles à pas constant de même diamètre et appliquées au même bateau et au même moteur.
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Il y a lieu de noter que lorsque le pas des sections est égal à-1L¯¯¯, les courbes du pas pour les différentes VR2'- V2 sections de pale forment des tangentes à un cercle de rayon V et la largeur totale des sections respectives de toutes les pales de l'hélice qui fait l'objet de cette invention est égale à 2 N V, ce qui constitue l'avance par révolution ou le pas.
Il est entendu que l'invention n'est pas limitée aux dé- tails de construction particuliers qui viennent d'être décrits, étant donné que manifestement différentes variations et mo- difications peuvent être apportées au dispositif, suivant les circonstances, sans s'écarter de l'essence et de l'esprit de l'invention.
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Improvement in propellers.
This invention relates to a propeller for working in a fluid and has been successfully implemented for the propulsion of ships.
The advent of high speed motors has shown the need for an efficient high speed propeller, and the present invention relates to such a propeller.
The invention is based on a new principle, and the high efficiency of the new propellers proves the correctness in principle.
Until now, the slip was considered a necessary loss in the work of the propeller. However, it has been found that this loss of speed can, in a helicopter
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which the pitch has been suitably established, to be entirely recovered by a gain in thrust.
The propeller constitutes, in the first place, a surface which, during the running of the boat, is continuously pushed backwards and a? Weir-like action occurs along the conductive edge of the propeller vanes, causing water to fall on and against these vanes.
It has been found that by giving the propeller an appropriate pitch, the weir force can be scraped in such a way that it produces, together with the inertial force of the forward-directed water, a suction. on the vanes perpendicular to the forward incline of the propeller section, thus making the useful thrust force equal to the torque or engine horsepower and eliminating slip loss.
The manufacturer is usually required to adapt the propeller to a machine shaft performing a certain number of revolutions per unit of time, and the present invention relates to a method which enables this condition to be achieved successfully, in practice, this method. allowing a certain latitude in the variation of the pitch, without affecting the efficiency of the propeller.
In the present description, two different propellers have been described in detail and shown, developing the same force at the same forward speed, although one of the propellers performs a number of turns 25% higher than the propeller. other.
The object of the invention is also a certain number of construction elements which must be employed in combination in order to reach the limit of efficiency which it is possible to give to the propeller by mechanical improvements.
In the drawings:
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Fig. 1 is a side view of a high speed propeller, the blade surfaces of which constitute parts of the helical surface of the thruster;
Fig. 2 is a plan view of the high speed propeller.
Fig. 3 shows sections of the blades of the high speed propeller developed in the conventional manner;
Fig. 4 shows a side view of the low-speed propeller, the surfaces of the vanes of which constitute parts of the helical surface.
Fig. 5 is a plan view of the low speed propeller;
Fig. 6 shows the sections of the blades of the low speed propeller developed in the conventional manner.
Referring to these drawings in which the same reference letters designate corresponding members, 1 represents the high speed propeller which is capable of performing a high number of revolutions per unit time.
The propeller 1 comprises the hub 2 which is wedged on the shaft 3 and is provided with a nut 4 having an appropriate shape.
The blades 5 are in one piece with the hub 4 and their rear or suction faces have a smaller pitch than the active parts or pressure faces 7.
Around the hub, the pressure faces have the same pitch as the suction faces and this part of the pressure face becomes inactive when the water has already received a corresponding velocity under the action of the face ' aspiration.
It is quite practical to give the pressure face at all points of the blade the same pitch as on the suction face and, in this case, all of the work is done on the face. suction of the propeller. The step of the two faces must then. be established in substance as described @
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below for the suction face. It has also been found to be practical, when a large-sized hub cannot be used because of its weight or its bulk, to make the pitch constant in the area of the hub which will be defined later in the description. .
The lines 8, 9 and 10 of the propeller represent the lines generated by the apex of the blades, while the helical line II represents the line generated by the section of the blade for which the pressure pitch becomes equal to the pitch of aspiration. Top section 12, as well as all sections up to 3 and including section 13, are shown as triangular, while all blade sections from section 13 to hub have the suction face parallel to the pressure face.
In Figures 3 and 6, P represents the suction pitch for the blade section divided by 2N; P 'represents the corresponding pressure step divided by 2 N; R represents the radius of the blade section and V indicates the advance of the propeller relative to the water for approximately 1 / 6th of a turn, since the expression 2 N is very close to 6.
The propeller 14 is intended to execute a smaller number of revolutions per unit of time and comprises a hub 15 wedged on the shaft 16 and provided with a nut 17.
The blades 18 are in one piece with the hub and their rear face or suction face 19, has a pitch smaller than the pitch of the pressure faces 20 at the outer part of the blades.
The propeller 14 also has a part or. the sides of the sections are parallel, but in this helix these sections are less active, because they have a pitch equal to
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the speed at which the water arrives at the propeller. The helical lines 21, 22 and 23 represent the lines generated by the tops of the blades while the helical line 24 represents the line generated by the section of the blade to which the sides of the sections become parallel.
The top section 25, as well as all sections up to and including section 26, are shown as triangular and all other sections have their sides parallel.
It can be seen from Figures 1 and 4 that the space C between the adjacent paths traveled by the blades is equal to the width of the corresponding blade sections.
In Figures 3 and 6, angle A denotes the angle of inclination of the suction face of the section under consideration and angle A 'denotes the angle of inclination of the pressure face. . The suction pitch P of the active suction surface is determined for any of the radial sections of such
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so that P = R ¯¯s # .Y #, and the step of the surface of VR2 - 72 active pressure is chosen such that P '= R¯¯x yp: 2: -p2 "It follows that all the surface elements which are located at the same radial distance from the axis of the thruster have the same pitch.
Likewise, when R = V, the necessary step becomes infinite and the active suction surface must, therefore, stop at a determined point before this limit is reached, or else the (radius of the zone of inactive suction must be greater than the speed of water inlet by - ',! turn divided by 2 N or approximately by 6. It should be noted that the variation of the pitch stops when the limit defined above above is reached.
@ above is reached.
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Likewise when R = P, the necessary pressure step becomes infinite and the active pressure step must, therefore, cease before this limit is reached or the radius of the inactive pressure zone must be greater than the no suction divided by 2 N or approximately by 6.
It should also be noted that the arrival of the water is given as being a certain predetermined step, namely
V, not to determine the suction face as described. To operate at maximum efficiency, a blade section must discharge the water used directly aft and as the amount of water used by the blade section is determined by the width of the section, the water , in order to pass through the radial projection of the section, must receive a discharge speed equal to the product of the arrival speed and the invar se value of cosine A, A being the angle of inclination of the face d considered aspiration.
In this propeller, therefore, a certain pitch is superimposed on the constant pitch V and this superimposed pitch prevented any tendency of the water to rotate with the propeller, since it generates a pouring force directed in the opposite direction.
It has been found that the amount of water displaced by an inclined plane is equal to the product of the area of the plane and the speed at which water moves on that plane.
As a result, in order to accelerate the total water column which is limited by the propeller discord area and pitch, it is necessary to give all the active blade sections a width equal to the distance C of the con section. - flabbergasted, C being the distance between the adjacent paths of the blades.
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From the foregoing, it follows that the advance achieved per revolution of the propeller must, at the point of efficiency, be equal to the product of the cosine pitch A, A being the angle of the inclination of the suction face of the blade section considered.
This relation can be easily translated by the expression
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P /.p,2 - 7¯- Similarly, when we consider that the speed of VR2 "r" v2 not V is the speed of arrival of water at the suction face of the thruster, the corresponding speed for the pressure face is the speed of the step of the suction face and it follows that the step of the suction side must be equal to the product of the step of the pressure side by cosine A ', A' being, in this case, the angle of inclination of the pressure face of the radial section considered;
this relationship is easily
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translated by.the expression p, = -JEL-3L..E From what precedes, it R2- P2 results that the percentage of slip increases at the same time as the amplitude of the step and it is consequently possible to construct the two propellers shown giving them the same diameter, so as to develop the same number of horsepower, although the propeller with the higher pitch rotates at a speed 25% slower than the other.
It should be noted that the speed of the water inlet for the pressure face is the speed of the step of the suction face, when all of the water which passes through the heli- first moved directly backwards by the suction face ,. In this respect, it suffices to recall the reason for the thickness of the anterior part of the conventional propeller, at relatively large pitch.
Such a propeller can be constructed so as to function efficiently by making the pressure pitch equal to the product of the suction pitch and the cosine of the angle.
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inclination of the pressure face of the radial section of the considered blade. The excess speed communicated to the water by the high suction pitch develops, when it is reduced to the speed of the pressure face pitch, an auxiliary torque on the propeller shaft without it being loss of energy results and the present invention also relates to. the amplitude of the step for the sections of triangular blades presenting an extra thickness at the anterior part.
As a great improvement is obtained by giving the pitch approximate values of the value determined by the present invention, it must be considered that without departing from this, it is possible to deviate from the exact value of the pitch determined by the calculation. mathematically for these propellers, the deviation envisaged being 25% in the variations of the pitch superimposed on the pitch V. A tolerance of 10 ° for the width of the blades of the propeller can also be envisaged in deviating from the pitch. invention. In the propeller which is the object of the invention, the current of water is constant, even over the whole of the discord surface and the pressure on the propeller blades has the effect of reducing this flow as that the radius decreases from the top to the hub.
In all constant pitch propellers the top pressure is excessive while the hub pressure is too low resulting in some lateral circulation from the hub to the top and cavitation can occur at the tops for relatively high powers. weak. In this respect, it should also be mentioned that real tests have shown the possibility of developing, by means of the present propeller, a power three times greater at the point of efficiency than with the aid of the concentric propellers at constant pitch of the same diameter and applied to the same boat and the same engine.
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It should be noted that when the pitch of the sections is equal to-1L¯¯¯, the curves of the pitch for the different VR2'- V2 blade sections form tangents to a circle of radius V and the total width of the sections respective of all the blades of the propeller which is the object of this invention is equal to 2 NV, which constitutes the advance per revolution or the pitch.
It is understood that the invention is not limited to the particular construction details which have just been described, since obviously different variations and modifications can be made to the device, depending on the circumstances, without departing from of the essence and spirit of invention.