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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.