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PERFECTIONNEMENTS AUX VENTILATEURS 'ET SEMBLABLES '
L'invention est relative aux ventilateurs et concerne en particulier 1'-établissement des aubes directrices employées dans les ventilateurs hélicoides, à un ou plusieurs étages de pression, pour redresser en direction axiale le courant fluide créé par les hélices en rotation.
Elle a pour-but surtout de conditionner ces aubes direc- trices de façon telle que tout en procurant une efficacité marquée elles répondent mieux elles-mêmes, et permettent l'exécution de ven- tilateurs répondant mieux que jusqu'à présent aux désidérata de la pratique.
Il est très important en effet, en particulier dans les ventilateurs comportant plusieurs étages de pression, de réduire au maximum l'encombrement axial, non seulement en raison de-l'économie de fabrication qui en résulte -- notamment du fait de la= réduction de section de l'arbre et des paliers plus légers que l'on peut em-
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ployer-- mais encore pour accroitre la limite de vitesse critique en rotation du ventilateur, les arbres de grande longueur, même é- pais, nécessitant à cet effet des paliers intermédiaires,,
Tenant compte que les hélices propulsives présentent en général un encombrement axial maximum au moyeu, dans ce même but encore de réduire ce dernier dans son ensemble,
en particulier pour les ventilateurs à plusieurs étages de pression, il y a lieu de re- chercher pour les aubes directrices un développement minimum, en sens axial, au voisinage du moyeu.
D'autre part, si comble pour certaines aubes directrices déjà proposées et présentant normalement un développement axial importante on cherche à réduire ce dernier par l'artifice du dédou- blement, il en résulte des difficultés considérables d'exécution, voire l'impossibilité d'exécution, notamment si pour cette dernière on a recours à la fonderie suivant la tendance générale actuelle.
L'invention procure des aubes directrices d'encombre- ment axial réduit, notamment au moyeu, dont la conformation est sim- ple et qui peuvent aisément s'exécuter par les procédés actuels de fonderie,
On sait que pour les hélices procurant une pression uniforme dans toute la surface balayée et par suite un rendement élevé et qui naturellement, pour cette raison, présentent le plus d'intérêt, la vitesse avec laquelle le fluide est entrainé circulai- rement s'accroit progressivement de la périphérie au moyeu.
Pour obtenir un rendement de redressement élevé on a déjà proposé, dans le cas de ces hélices à pression uniforme, des aubes directrices dont le pas géométrique axial croit progressive- ment de la périphérie au moyeu et atteint son maximum au moyeu tan- dis que la largeur est de préférence maintenue constante dans toute la longueur de ces aubes.
Précisément, ces hélices propulsives qui procurent une pression uniforme dans toute la surface balayée, présentent un déve-
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loppement axial plus développé au moyeu, et il s'ensuit qu'avec des aubes directrices conformes à cette disposition connue l'encombre- ment axial est marqué.
On a constaté pouvoir obtenir des rendements élevés de redressement du courant de refoulement si, au lieu de faire croître le pas géométrique axial de la périphérie au moyeu, on-maintient au contraire ce pas géométrique constant pour les sections. successives de l'aube de la périphérie au moyeu, ce qui, toutes choses égales, conduit à une réduction d'encombrement axial de l'aube, notamment à l'endroit le plus intéressant, c'est à dire au moyeu.
Conformément, l'invention consiste à prévoir en combinai-\ son avec une hélice, notamment à pression constante, des aubes di- rectrices ou de redressement dont le pas géométrique reste constant ) de la périphérie au moyeu,
Si on donne aux diverses sections des aubes directrices ou de redressement un profil d'aile ou aérodynamique, qui procure- une poussée plus marquée, la largeur nécessaire pourra, toutes cho- ses égales, être plus réduite avec, comme conséquence, une'réductions. d'encombrement axial.
L'invention consiste également à donner aux sections des aubes directrices ou de redressement, dont le pas.géométrique reste , ' constant., de la périphérie au moyeu, un profil d'aile-.ou aérodynamique.
On sait d'autre part, que la¯poussée en direction axiale d'une section de pâle ou aube à profil d'aile ou aérodynamique croit-, lorsqu'on augmente l'angle d'attaque, mais toute-Lois jusqu'à une cer-
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.., .."'f'.r .. '.. taine valeur seulement de cet angle, voisine,de 8 .
Toutes choses égales, on pourra donc réduire la .largeur . , des aubes directrices ou de redressement par l'emploi .d'angles' d'at-
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taque de valeurs élevées, et comme la réduction:-#d1'ëneombremént- axial.') ":'.""./:.-.' ',' qui en résulte est surtout recherchée dans lej ,ãr,t(éqlà'é#;,,ju%es .
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de valeurs élevées, les valeurs d'angle d'attaque maxima étant ap- pliquées aux sections des aubes voisines du moyeu.
On sait encore que la "poussée" exercée par une aile à profil aérodynamique est fonction de sa surface portante, de sa vi- tesse de translation et d'un coefficient "Ky" dit coefficient de poussée qui dépend de ce profil et de l'angle d'attaque; que la "trainée" de cette aile est également fonction de sa surface portante, de sa vitesse de translation et'd'un coefficient Kx" dit coefficient de trainée qui dépend des mêmes facteurs que "Ky"
Pour un profil aérodynamique donné, le maximum du rapport
Ky s'obtient pour des angles d'attaque compris entre 3 et 5 .
Kx
Comme dans certaines régions de la surface balayée par l'hélice propulsive, notamment à la périphérie, il importe de conser- ver au flux sa valeur maximum, et alors surtout que l'on y dispose d' une longueur axiale disponible plus étendue que la valeur d'encombre- ment requise pour les aubes directrices ou de redressement, il y a intérêt à adopter dans ces régions des angles d'attaque tels que le rapport Ky soit un maximum.
Kx Conformément,l'invention consiste donc encore à adopter pour les aubes directrices ou de redressement des angles d'attaque tels, que le rapport Ky soit maximum dans certaines portions, notam-
Kx ment les portions périphériques de ces aubes.
Si l'on tient compte du fait que dans les hélices propul- / sives donnant au refoulement une vitesse axiale constante du fluide) les vitesses d'entraînement en rotation de ce dernier en des points donnés sont inversement proportionnelles aux distances de ces points à l'axe de rotation ; quedonc les vecteurs représentatifs des vi- tesses absolues du fluide à la sortie de l'hélice seront tous situés sur une surface hélicoïdale de pas géométrique axial constant et, si les aubes directrices ou de redressement sont, suivant l'invention, établies avec un pas géométrique constant en direction axiale, les angles d'attaque auront des valeurs progressivement croissantes de
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la périphérie au moyeu.
Dans ces conditions, en choisissant judicieusement le pas géométrique à adopter pour l'établissement des aubes, il est possible d'obtenir que les angles d'attaque, de ces aubes répondent aux conditions optima dans des portions dé la surface balayée et s'en rapprochent dans les autres,tout en réalisant une conformation simple d'aube aissment exécutable par les procédés de fonderie.
Conformément l'invention consiste, à établir les aubes directrices ou de redressement de pas géométrique constant en direc, ; tion axiale, tel que les angles d'attaque répondent aux conditions optima tout au moins dans une portion de la surface balayée par une hélice propulsive donnant au refoulement une vitesse axiale constan- te et s'en rapprochent dans les autres portions.
Dans les profils d'aile ou aérodynamiques'adoptés on pourra faire varier certains éléments de ces prof ils.
Si l'on désigne par épaisseur et courbure relatives d' un profil aérodynamique, respectivement les valeurs, rapportées à la largeur de la section considérée, de l'épaisseur du profil prise à son maximum et de l'ordonnée maximum de la ligne médiane de ce pro-J fil, et si pour un profil considéré on fait varier l'un ou l'autre ou les deux éléments, on obtient des modifications de la valeur de la poussée due à ce profil.
Dans le cas d'aubes directrices ou de redressement, les variations de l'épaisseur relative sont moins intéressantes en - produre un accroissement de poussée, elles exigent la mise ce que, bien que l'accroissement de l'épaisseur relative/en oeuvre de plus grandes quantités de matière, mais les variations de la courbure relative présentent au contraire un grand intérêt.
Le simple accroissement de la courbure relative, en conduisant à un accroissement de poussée, permet, toutes choses égales, une réduction de la largeur des aubeso
L'invention consiste donc en outre, tout en donnant aux aubes des sections à profil d'aile ou aérodynamique, à modifier dans
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ces profils soit l'épaisseur relative, soit plus spécialement la cour- bure relative, afin de réduire la largeur de ces aubes et par suite leur encombrement axial, particulièrement dans les sections voisines du moyeu.
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Il a été expliqué précédewD1ent que, oonformén-ent à l'invention, les aubes sont établies de pas géométrique constant en direction axiale tel que les angles d'attaque répondent aux conditions optima tout au moins dans une portion de la surface balayée par une hélice propulsive donnant au refoulement une vitesse axiale constante et s'en rapprochent dans les autres portions.
Or si au rapport Ky maximum d'un profil donné correspond
Kx un angle d'attaque optimum donné, l'augmentation de la courbure rela- tive de ce profil détermine une variation de Ky telle que le maximum
Kx de ce rapport correspond à un angle d'attaque de valeur plus élevée.,
Il s'en suit que si, désirant adopter dans -Luie portion d'aube directrice ou de redressement un angle d'attaque plus important il est nécessaire également de conserver au rapport ky une valeur
Kx maximum dans cette portion, il suffira de modifier convenablement, cTest à dire d'u accroitre judicieusement les valeurs de la courbure relative.
Conformément, l'invention consiste encore à modifier, par une modification de la courbure relative d'une ou de plusieurs sec- tions aérodynamiques, d'aubes directrices ou de redressement, la va- leur du rapport Ky pour cette ou ces sections afin de donner à ce rap Kx port une valeur désirée, notamment la valeur maximum correspondant à l'angle ou aux angles d'attaque qui a ou ont été adoptés pour cette ou ces sections.
Par voie de conséquence, l'invention consiste également à réaliser des aubes directrices ou de redressement comportant des angles d'attaque optima dans leurs différentes sections et dans les- quelles les courbures relatives sont telles que l'on obtienne des va- leurs du rapport Ky désirées et par exemple des valeurs maxima de ce
Kx rapport dans toutes les sections.
Enfin on pourra donner aux bords des aubes directrices
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ou de redressement les contours les mieux adaptés aux pâles des hé- lices propulsives avec lesquelles elles sont associées,pour réaliser des mesensembles à un ou plusieurs étages de pression.
'Dans le dessin annexé on a représenté, à tiiee d'exemple une forme d'exécution d'une aube directrice ou de redressement as- sociée à une pâle telle que définie dans la demande de brevet
N 310.760 du 30 juin 1933.
Dans ce dessin :
Fig. 1 est une vue de face d'une aube directrice ou de redres- sement;
Fig. 2 est une vue de profil de cette aube associée à une pâ- le d'hélice propulsive procurant une vitesse axiale constante du fluide de refoulement.
Fig. 3 est un diagramme conventionnel tracé en partant de la f ig. 1 et montrant les-sections successives rabattues dans le plan de figure; cette figure indique encore les vitesses absolues, les vitesses d'entraînement en rotation ainsi que les angles d'attaque des sections, les valeurs de ces angles ayant été exagérées pour permettre la représentation. '
Fig. 4 est un diagramme indiquant en pour cent les variations ' ' de largeur, de courbure relative et d'épaisseur relative des diffé- rentes sections de l'aube, pour une variation en'% du rayon.
En se référant aux figures 1 et 3, 11, 12-' 13...... désignent les différentes sections ; a1 a2, a3...... les direc- tions des vitesses absolues du fluide refoulé par la pâle 2 (Fig.2)
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aux différentes sections 11, 12, 1 3* ........ Ci d, =3' d ... indiquent les directions des cordes des sections 11, 12, 13...... et f1, f2,f3 ....... etc sont les angles d'attaque-correspondants
Les longueurs c1, c2, c3 ...... sont proportionnelles
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aux vitesses de rotation du fluide aux sections l.., 7:2, 13......â.;. b est une grandeur proportionnelle à la vitesse axiale du fluide,' vitesse qui est constante pour toutes les sections ; enfin'e est une grandeur proportionnelle au pas géométrique qui est également cons- tant pour toutes les sections.
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Les vitesses absolues ayant comme composantes d'une part la vitesse axiale du fluide quittant l'hélice 2 et cette vitesse étant constante dans le cas de cette hélice, et d'autre part les vites ses de l'entrainement du fluide, lesquelles vitesses sont inversement proportionnelles aux distances qui séparent les différentes sections 11,12,13.......
de l'axe 3 de rotation, il s'en suit, comme on 1' a représenté, que les directions des vitesses absolues du fluide quit -tant l'hélice 2 se trouvent toutes sur une surface hélicoïdale de pas géométrique constant dont b représente la valeur
2"
Par construction, les cordes des différentes sections de l'aube se trouvent également sur une surface hélicoïdale de pas géomé- trique constant dont représente la valeur
2"
Il s'en suit, comme le montre du reste la figure, que les angles d'attaque f1, ...... décroissent de la base 4 (fig.2) vers l'extrémité de l'aube.
La largeur de l'aube qui d'une part dimi= nue avec l'augmentation de l'angle d'attaque et qui, d'autre part est fonction du moment de rotation, -- lequel décroit de la périphérie à la base, ou moyeu --, diminuera donc de la périphérie à la base ou moyeu; elle est minima, comme représenté dans la section la plus voi- sine de cette base. La courbure relative est au contraire maxima pour cette section; elle décroît de la base à l'extrémité.
Les variations relatives de l'angle d'attaque et de la courbure relative ont été exposées précédemment; il suffira de rap- peler que si par exemple l'angle d'attaque pour les sections 12, 13 est propre à donner un rapport Ky maximum pour cette région de l'au-
Kx be, tandis que 11 angle d'attaque adopté pour la section 16 par exem- ple aurai t une valeur pour laquelle leprofil de cette section ne donne pas au rapport se valeur maximum, il suffira d'accroître la
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courbure relative dans la mesure nàae;5;sàiie É; l'atteindre.
L'épaisseur relative peut être maintenue conste pour toutes les sections, ou bien on pourra lui faire subir des modifica- tions et notamment lui donner des valeurs croissantes vers la base ou moyeu avec un maximum dansla section la plus voisine de cetteba-
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se, si l'on désirait par exemple une réduction supplémentaire d'en- combrement à la base ou moyeu.
En se référant $ la fig. 2, g désigne le bord d'entrée et h le bord arrière de l'aube, m et n désignent respectivement les . bords d'attaque et arrière de la pâle associée.
Cette pâle est établie à la manière décrite dans la demande de brevet N 310.760, c'est à dire de pas géométrique cons- tant, et avec des sections à profil d'aile ou aérodynamique dont l'épaisseur relative, la courbure relative et la largeur sont maxi- ma dans la section de la pâle da plus voisine du moyeu.
Il rentre bien entendu dans le' cadre de l'invention d'associer des aubes directrices établies conformément, avec tou- tes autres pâles procurant une vitesse constante du fluide sortant dans toute la sur-face balayée. la figure montre que le bord d'entréede l'aubea été adapté à la conformation du bord de sortie de la pâle, cette me- sure étant en soi bien connue.
Le diagramme de la fig.4 montre, pour l'exemple repré- senté aux figures précédentes, comment varient respectivement la lar- geur,la courbure relative et l'épaisseur relative; la courbe q indi-, quant les variations de la largeur, et la courbers r celles de la courbure relative. La droite s indique que l'épaisseur relative a été maintenue constante et la courbe s1 indique comment varierait cette épaisseur relative si l'on désirait obtenir une réduction supplé- mentaire d'encombrement de l'aube à la base ou moyeu.
REVENDICATIONS.
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1.- Perfectionnements aux aubes directrices, notamment pour ventilateurs et analogues qui consistent à établir ces aubes de pas géométrique constant de la périphérie à la base ou moyeu.
2.- Une aube suivant la revendication 1, caractérisée par y des sections à profil d'aile ou aérodynamique. e.:, f,.A. 71J/!- ####" 3.- Une aube suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée par une largeur de section décroissante de la péri-