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Perfectionnements aux ailes de rôties à hélice pour pro- ulseurs, turbines, pompes, moulins à vent ou appareils analogues a présenta invention srapporte aux rode à hélioe pour propulseurs, turbines, pompes, moulins à vent ou. appareils analogues, désignées ci-après sous l'expression : "rouas à hélioe ou propulseurs", cette expression n'étant pas desti- née à désigner les ventilateurs, l'application de @a présente invention aux ventilateurs faisant 1'objet de la de mante dé- posée en même temps que la présente aux noms des mêmes deman- deurs et ayant pour titre :"Perfectionnements aux aubes de ventilateurs".
L'objet principal de l'iention est d'améliorer la ren- dement des rouas à hélioe ou propulseurs mentionnés ci-dessus.
On sait, d'une façon générale que, pour obtenir la ren- dement le plus élevé possible dans les rouas à hélice, il faut assurer uns pression spécifique constante en tous les points de la. totalité de la sur face active. On peut définir la pression spécifique d'uneroue à hélioe comme étant le
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rapport entre la poussée ou la traction lors de sa rotation et sa surface active.
De plus, des considérations théoriques montrent que la- constance de la pression spécifique détermine également la constance des vitesses axiales du courant de sortie. La principale difficulté rencontrée pour obtenir cette constance de la pression spécifique est due aux vitesses périphériques variables de l'aube ou aile en des points de rayons différents et pour surmonter cette difficulté, on a déjà proposé jus- qu'ici beaucoup de combinaisons pour distribuer la largeur et le pas géométrique de l'aile ou aube sur la longueur de cette aile ou aube.
Par "pas géométrique du coté de la surface de l'aile ou aube soumis à la pression", que l'on désignera ci-après par l'expression "pas géométrique", il faut entendre la distance entre les filets d'une hélice ou la valeur du déplacement axial effectué sans glissement pendant une révolution par une surface inclinée par rapport au plan de rotation. Ce pas géométrique est donc déterminé également par la distance de la surface inclinée au centre de rotation, sa formule étant 2# # tg 0, dan.s laqaelle µk est la distance de cette surface à l'axe du moyeu et 0 son angle d'inclinaison sur le plan de rotation.
Les procédés qui ont été proposés jusqu'ici, pour obte- nir une pression spécifique constante ou une poussée ou trac- tion constante le long de l'aile ou aube, peuvent être divi- sés en cinq olasses, notamment :
1 - Diminuer la largeur des ailes ou aubes depuis le moyeu jusqu'à l'extrémité, lorsque le pas géométrique de la. surface de l'aile ou aube est constant sur toute sa longueur ou lorsque ce pas augmente du moyeu vers l'extrémité.
2 - Employer des a las ou aubes d'épaisseur constante ou variable, leur pas géométrique diminuant du moyeu vers l'ex-
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trémité, lorsque la largeur des ailes ou aubes est constante sur toute leur longueur, ou lorsque cette largeur augmente du moyeu. vers l'extrémité.
3 - Employer des ailes ou. aubes qui sont semblables aux ailes d'aéroplanes modernes et dont la largeur diminue du moyeu vers l'extrémité, tandis que le pas géométrique du côté de la surface de l'aile ou aube soumis à la pression augmente du moyeu, vers ltextrémité.
4 - Employer des ailes ou aubes dont les sections trans- versales sont. construites comme les ailes d'avions modernes et dont la largeur est constante sur toute leur longueur, la profondeur de la courbure des ailes ou aubes diminuant du moyeu vers l'extrémité, afin de compenser la plus grande foc ce ascensionnelle des extrémités qui est due à leur vitesse péri- phérique plus grande.
5 - employer des a@ les ou aubes dont les sections trans- versales ont la forme des ailes d'avions modernes, et qui coo- pèrent aveo un appareil de guidage construit de telle façon que les vitesses du fluide ou milieu par rapport aux ailes ou aubes en mouvement ohangent de point en point tout le long des ailes ou aubes, afin d'égaliser les différentes vitesses périphériques.
On a également proposé d'employer, pour les propulseurs marins et aériens, une aile ou aube dont les diverses sec- tions ont une largeur et un angle d'inclinaison qui augmentent vers le moyeu.
Des essais faits par les demandeurs ont montré qu'aucune des cinq classes de procédés de construction ci-dessus ne tenait oompte de toutes les conditions requises pour assurer une pression spécifique et une vitesse axiale constantes.
Des considérations théoriques montrent que l'action de chaque partie de l'aile ou aube sur le fluide ou du fluide sur chaque partie de l'aile ou a@be est déterminée par les vites-
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ses périphériques des divers points de l'aile ou aube, par la vitesse axiale du fluide, par le pas géométrique de la sur- face de 1'aile ou aube, par la largeur de la section trans- versale de l'aile ou aube, et par les caractéristiques de l'aile d'avion utilisées, tontes ces valeurs étant prises pour les parties correspondantes de l'aile ou aube.
Afin de déterminer le type d'aile ou aube, qui produit une pression spécifique et une vitesse axiale constantes sur la totalité de la surface active de la roue à hélice, les demandeurs ont essayé très complètement l'influence de tous ces facteurs, indépendamment l'on de l'autre et dans leurs diverses combinaisons, sur chaque partie de diverses ailes ou aubes ayant des formes différentes en ce qui concerne les variations de ]Largeur et de pas géométrique le long de l'aile ou aube et en ce qui concerne les différentes formes de sec- tions transversales des ailes ou aubes.
Lors de ces essais, on a constaté qu'il était impossi- ble d'éviter une chute de pression près du moyeu, lorsque l'aile ou aube, quelle que fût sa largeur, avait @ne largeur constante et lorsque son pas géométrique était constant sur toute sa longueur.
On avait conservé un pas géométrique des ailes ou aubes constant sur toute leur longueur et on avait élargi lesailes ou aubes dans le voisinage du. moyeu, à tel point que ces ai- les ou aubes se recouvraient mutuellement de façon notable, et même dans ce cas, tout en employant près du moyeu, des surfaces portantes d'avions ayant un coefficient ascension- nel très élevé, on u'a pas pu obtenir une constance complète de la pression spécifique.
Lorsqu'on essayait la distribue- tion des vitesses sur la surface active des ailes ou aubes dans les roues à hélice du type qui vient d'être mentionné, notamment celui qui donne une pression spécifique variant d'environ 20 pour cent le long/de la totalité de l'aile ou
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aube, on remarquait que les vitesses périphériques du fluide ne correspondaient pas aux vitesses périphériques de l'aile ou aube, La vitesse périphérique du fluide différait d'une valeur presque constante de la vitesse périphérique de l'aile ou. aube et les différences allaient en diminuant légè- rement vers le moyeu..
Il en résulteque les directions des vitesses relatives du fluide ne correspondent pas aux vitesses relatives déter- minées par les vitesses périphériques de l'aile ou aube et par la vitesse axiale du fluide. Il est tout-à-@sit clair que, dans le dernier cas, les directions des vitesses rela- tives se trouvent sur la surface de l'hélioe à pas géométri- que oonstant, si on suppose que les vitesses axiales sont constantes.
Comme on a déterminé, par des essais réels, que les vi- tesses périphériques vraies du fluide sont moindres que les vitesses de l'aile ou aube pour des rayons correspondants et qu'elles différent d'une valeur presqu.e constante qui dimi- nue légèrement vers le moyeu, il en résulte que les vitesses relatives vraies se trouvent sur la surface d'hélice ayant un pas géométrique variable qui augmente graduellenent de l'extrémité de ltaile ou aube vers le moyeu..
Lors@@'on a essayé des ailes ou aubes ayant un pas géo- métrique constant. on a remarqué que les angles d'attaque étaient en réalité très petits et même négatifs près du. moyeu.. On a pat conséquent augmenté les angles d'attaque près du. moyeu à un degré tel que le recouvrement des ailes ou. aubes était complètement supprimé.
On a obtenu finale- ment des pressions spécifiques oonstantes et des vitesses axiales oonstantes, lorsqu'on donnait aux angles d'attaque près du moyeu, une valeur environ double ou triple de celle des angles d'attaque au. milieu de l'aile ou. aube. On a alors mesuré la différence des vitesses du fluide et de l'aile ou
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aube et on a constaté que cette différence était presque constante sur toute la longueur de l'aile ou aube. Il en ré- sulte par conséquent que l'augmentation (la pas géométrique de l'aile ou aube vers le moyeu est déterminée par l'augmen- tation du pas géométrique des vitesses relatives et des an- gles d'attaque vers le moyeu..
Lors d'essais réels, on a obtenu une augmentation consi- dérable du rendement de la roue à. hélice de l'invention par rapport au meilleur type actuellement employé, non seulement dans le cas de propulseurs aériens, mais aussi dans le cas de propulseurs marins, de moulins à ven.t et de pompes à eau..
En construisant une roua à hélice suivant la présente invs@@ion, on assure une pression spécifique et une vitesse axiale du fluide constantes le long de la totalité de la. sur- face active de l'aile ou aube, même pour des conditions varia- bles de charge et de vitesse, quelle que soit la forme de la section transversale de l'aile ou. aube, soit en forme d'aile d'avion ou non, et quel que so it le rapport entre les rayons du moyeu et de l'hélice, que l'on désignera ci-après par l'expression "rapport du @oyeu".
Au moyen de l'in vention. on é@ite tous les to urbillons le long de l'aile ou aube, ainsi que les fuites de fluide ou. une pression arrière près du. moyeu* ce qui rend la roue à hélice très efficace pour tous les usages.
La largeur des ailes ou aubes augmente vers le moyeu et le pas géométrique de la. surface de l'aile ou aube du coté où s'exerce la pression augmente aussi graduellement vers le moyeu, de telle sorte que la largeur et ledit pas géomé- trique sont maximum pour les sections transversales des parties des allas ou aubes se trouvant sur le moyeu lui-même.
On voit donc que, pour que le pas géométrique augmente vers le moyeu, il faut que la tangente de l'angle d'inclinaison
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augmente plus rapidement que le rayon nediminue. Dans la région des vitesses périphériques les plus faibles de lraile ou aube le fluide se trouve ainsi sous l'influence combinée de la largeur et du. pas géométrique, et les essais ont montré
Que cette influence est prédominante vis-à-vis de facteurs tels que la profondeur de la courbure et les coefficients ascensionnel et de dérive des ailes d'avion employés.
Suivant la présente invention, la largeur et le pas géométrique, soit 2##tg#, du côté de l'aile ou aube soumis à la pression, augmentent graduellement depuis à peu près le milieu de l'aile ou aube jusqu'au moyeu., de telle façon que la largo or et le pas géométrique ont leur valeur maxi- mum pour la section transversale de l'aile ou aube se trou- vant sur le moyeu lui-même,tandis que le pas géométrique est constant ou bien augmente graduellement depuis à peu près le milieu de l'aile ou avbe jusqu'à l'extrémité, de sorte que le pas géométrique a une valeur minimum à peu près au milieu de la longueur active de l'aile ou aube.
On peut donner à l'aile ou. aube une largeur constante depuis à peu près le milieu jusqu'à l'extrémité; mais, dans ce cas, le pas géomé- trique de 1+aile ou aube doit diminuer considérablement afin de contrarier l'effet produit sur les extrémitéa par l'augmen- tation des vitesses axiales du. fluide.
Une diminution exoessive du pas géométrique depuis la milieu de l'aile ou aube jusqu'à l'extrémité produit un angle t'attaque faible ou même négatif. Pour éviter cet inaonvé- nient, on emploie de préférence des ailes ou aubes dont la largeur diminue graduellement mais notablement depuis leur milieu, jusqu'à leur extrémité, le pas géométrique de l' aile ou aube devenant ainsi constant ou. augmentant dans cette partie de l'aile ou aube.
Le choix du type de courbes de pas géométrîque que l'on peut employer dépend des con tions dans lesquelles la roue à
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hélice peut avoir à travailler.
Dans le s roues à hélice tournant rapidement, en emploie de préférence un type de courbe de pas qui diminue graduelle- ment depuis le moyeu jusqu'au milieu de l'aile ou aube et qui reste alors constant depuis le milieu jusqu'à l'extrémité, tandis que dans les roue s à hélice tournant très rapidement, un second type de courbe de pas convient mieux, notamment un type qui diminue graduellement depuis le moyeu jusqu'à peu près au milieude l' aile ou aube et qui augmente graduelle- ment depuis le milieu jusqu'à l'extrémité.
L'aile ou aube, suivant l'invention, présente un incon- vénient de construction dans le oas de roues à hélice tour- nant lentement, ou de roues à hélice travaillant sous une grande différence de pression, ou particulièrement dans le cas de roues à hélice à faible "rapport de moyeu", en tant que la longueur axiale du moyeu devient excessive et par con- séquent impraticable.
Si l'on admet que la largeur de l'aile ou aube est /3 et que 1''angle d'inclinaison de l'aile ou aube sur le plan de rotation est 9 , la longueur axiale du moyeu est alors égale ou un peu plus grande que ss sin 0. si les valeurs de /3 et 0 sont prises pour la section transversale adjacente au moyeu.
On peut cependant surmonter facilement cet inconvénient en doublant le nombre des ailes ou aubes, de qui réduit la longueur axiale du moyeu d'environ la moitié. Comme dans ce cas cependant, les ailas ou aubes peuvent devenir trop étroites à leurs extrémités, il est préférable d'employer des roues à hélice avec des ailes ou aubes de longueurs différen- tes disposées alternativement, ce qui présente l'avantage de réduire davantage le poids de la roue à hélice.
Suivant les principes généraux de construction des ailes
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ou aubes de l'in@ention, la somme des largeurs des ailes longues et courtes à l'intérieur du cercle passant par les extrémités des ailes ou. aubes écartes augmente graduellanent depuis ce cercle vers le moyeu., où cette somme a une valeur maximum.
On a déjà construit divers types de propulseurs aériens et marins à ailes ou aubes courtes et longues disposées alter. nativement dans le but de vainore la résistanoe due au silla- ge dans l'eau ou dans l'air, mais, dans toutes ces oonstrao- tions, la largeur totale des surfaces d'ailes ou aubes a sa valeur maximum, non pas au moyeu comme pour l'invention, mais en d'antres points de la longueur de l'aile ou aube.
Suivant l'invention, dans son application aux roues à hélice à ailes ou aubes longues et courtes disposées alterna- tivement, non seulement la somme des largeurs des surfaces d'aile ou d'aube augmente comme il a été indiqué ci-dessus; mais le pas géométrique de l'aile ou aube augmente aussi gra- duellement depuis à peu près le milieu des longues ailes ou aubes ou depuis le cercle passant par les extrémités des ailes ou aubes courtes vers le moyeu, soit pour toutes les ailes ou. aubes, soit pour un groupe de ces ailes ou aubes, les longues ou les courtes.
La largeur totale des surfaces d'aile ou d'aube peut être distribuée entre les ailes ou. aubes longues et courtes de beaucoup de façons différentes, suivant les exigences de construction.
En se reportant aux dessins annexés, qui représentent l'invention, à titre d'exemple: la figure 1 est un schéma montrant la relation entre la constance de la vitesse axiale du. fluide et les différen- ces de vitesses relatives du fluide et de l'aile ou aube, ces différences .étant à peu près constantes dans le cas d'un grand "rapport du moyeu" et diminuant vers le moyeu dans le
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cas d'un petit "rapport du moyen"; la figure 2 est un schéma montrant la variation de lar- geur et de pas géométrique le long de l'aile ou aube d'une roue à hélice ayant des ailes ou aubes d'une seule et même longueur;
la figura 5 est un schéma montrant la variation de lar- geur et de pas géométrique le long de l'aile ou aube d'une roue à hélice ayant des ailes ou aubes longues et courtes; la figure + est une élévation latérale avec coupes d'une aile ou aube de roue à hélice ayant des ailes ou au- bes d'une seule et même longueur; la figure 5 est une vue en plan d'une roue à hélice ayant une aile ou aube comme celle représentée à la figure 4 ; la figure 6 est une élévation latérale d'ailes ou aubes de roue à hélice à ailes ou aubes de longueurs différentes; la figure 7 est une vue en plan du propulseur à hélice ayant des ailes ou aubes comme celles représentées à la fi- gure 6.
Dans les schémas des figures 1, 2 et 3, les valeurs le long de l'axe horizontal indiquent, en pourcentages de la' longueur totale de l'aile ou aube, les distances des diverses sections transversales de l'aile ou aube à l'axe du. moyeu.
A la figure 1, O-a est proportionnel à la vitesse axia- le du fluide, laquelle est constante le long de l'aile ou aube. Les vitesses périphériques de l'aile ou aube sont proportionnelles aux rayons correspondants et sont indiquées par les valeurs 20,40, 60, 8o et 100 sur l'axe Horizontal.
Les dire@tions des vitesses périphériques de l'aile ou aube sont tangentes aux circonférences de rotation.
Les lignes pointillées inclinées montrent les direc- tions des vitesses relatives du fluide aux divers points de l'aile ou aube, et la ligne OA est proportionnelle au pas géométrique constant des vitesses relatives du fluide par
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rapport à l'aile ou aube.
CB est une différence oonstante entre les vitesses pé- riphériques de ltaile ou aube et du fluide, qu'on suppose cons. tante pour la simplicité. Donc B-20, B-40, B-60, B-80 et
B-100 représentent les vitesses périphériques du fluide et les lignes pleines inclinées sont les directions des @ites- ses relatives du fluide,et leurs prolongements juqu'à laxe
OA donnent les lignes qui sont proportionnelles au pas géo- métrique des vitesses relatives du fluide.
Si l'on désigne par 'les angles entre les directions des vitesses relatives du !laide et le plan de rotation, par les angles d'attaque et par 9 les angles d'inclinaison de l'aile ou. aube sur le plan de rotation, on a [alpha]+ ss = 0 et par conséquent les directions dtinolinaison de l'aile ou aube qui sont indiquées par des traits interrompus à la figa- re 1.
La courbe 1 représente les variations du pas géométri- que des vitesses relatives du fluide le long de ltaile ou aube, et la courbe 2 montre les variations du pas géométri- que de la surface de l'aile ou aube elle-même.
Dans ce cas, la courbe du pas géométrique a une valeur minimum à peu. près au milieu de la longueur active de l'aile ou aube et augmente vers l'extrémité et vers le moyeu..
A la figure 2, les courbes 3 et 4 représentent respec- tivement la distribution de la largeur et du. pas géométri- que le long des ailes ou. aubes représentées à @a figur e 4 et de la roue à hélice de la figure 5. Dans ce cas particulier, la largeur varie le long de l'aile ou aube suivant une loi représentée par une ligne droite, lorsque le pas géométrique est constant sur la partie de l'aile ou aube adjacente à l'extrémité et augmente graduellement du milieu vers le moyeu..
Les figures 3, 5 et 6 donnent des courbes représentant respectivement la distribution de la largeur et du pas géomé-
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trique le long de 1 aile ou aube d'une roue à hélice munie dtailes ou aubes de longueurs différentes, comme le montrent les figures 6 et 7. Dans ce cas, la courbe 5 représente la somme des largeurs des ailes ou aubes longues et courtes , La courbe 6, qui représente le pas géométrique, lequel est le même pour les deux ailes ou aubes, o'est-à-dire pour les longues et pour les courtes, est semblable à la courbe 3 représentée à la figure 2. Il est entendu, cependant, que le pas géométrique peut aussi varier comme l'indique la courbe 2 à la figure 1 ou diminuer graduellement vers l'extrémité.
En se reportant à la figure 4, les lignes 7 et 8 repré- sentent en élévation latérale respectivement les arêtes de tête et de queue de l'aile ou aube. Le contour 9 du moyeu peut affecter différentes formes . Les sections transversa- les 10 de'l'aile ou aube sont représentées dans le plan du dessin. 11 sont les tangages au. coté de l'aile ou aube sou- mis à la pression, ces tangentes étant inclinées d'un angle par rapport au plan de rotation.
Ces tangentes coupent l'axe à des hauteurs indiquées par les lignes CD, CE, CF, qui sont proportionnelles au pas géométrique de la section transversale correspondante de l'aile ou aubs. On voit aisément que ces hauteurs augmentent vers le moyeu et qu'en même temps la largeur de l'aile ou aube augmente également.
A la figure 5, les lignes 12 et 13 sont les arêtes de tête et de queue de l'aile ou aube en vue en plan.
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