Hélice applicable aux propulseurs, ventilateurs, turbines, pompes et moulins à sent. La présente invention se rapporte aux roues à hélice applicable aux propulseurs, ventilateurs, turbines, pompes et moulins à vent.
On sait, d'une façon générale que, pour obtenir le rendement le plus élevé possible dans les hélices, il faut assurer une pres sion spécifique constante en tous les points de la totalité de la surface active. On peut dé finir la pression spécifique d'une hélice comme étant. le rapport entre la pousse ou la traction lors de sa rotation et sa surface ac tive.
De plus, des considérations théoriques montrent que la constance<B>de</B> la pression spé cifique détermine également la constance des vitesses axiales du courant de :()rtie. La principale difficulté rencontrée pour cbtr@ir cette constance de la pression sp,@cif idue est due aux vitesses périphéiique:; variables de l'aube ou aile en des points de rav ons dif férents et pour surmonter cette difficulté, on a déjà proposé jusqu'ici beaucoup de (:
ornki- misons pour distribuer la lai-eur ct le p;;s géométrique de l'aile ou aube sur la lo>>guenr de cette aile ou aube Par "pas géométrique du cêtë (le la sur face de l'aile ou aube soumis à la pres@ici@", que l'on désignera ci-après par l'expression "pas géométrique", il faut eittei:
dre la tance entre les filets d'une hélice ou la va leur du déplacement axial effectue', sans âlis- sement pendant une révolution par ui?c sur face inclinée par rapport. < :u plan rlc rotation.
Ce pas géométrique est donc dct#,rmmé È@ga- lement par la distance d'u- élément de la surface inclinée au centre de rotation, sa formule étant Z z J. tg 0, dans laquelle i est la distance de cet élément à l'axe du moyeu et 0 son angle d'inclinaison sur le plan de rotation.
Les procédés qui ont. ét: proposés Jus qu'ici, pour obtenir une pression spécifique constante ou une poussée ou traction cons tante le long de l'aile ou aube peuvent être divisés en cinq classes, notamment: 1. Diminuer la largeur des ailes ou au bes depuis le moyeu jusqu' < i l'extrémité, lors que le pas géométrique de la surface de l'aile ou aube est constant sur toute sa ou lorsque ce pas augmente du moyeu vers l'extrémité.
2. Employer des ailes ou aubes d'épais seur constante ou variable, leur pas géomé trique diminuant du moyeu vers l'extrémité; lorsque la largeur des ailes ou aubes est cons tante sur toute leur longueur, ou lorsque cette largeur augmente du moyeu vers l'ex trémité.
3. Employer des ailes ou aubes qui sont semblables aux ailes, d'aéroplanes modernes et dont la largeur diminue du moyen vers l'extrémité, tandis que le pas géométrique du côté de la surface de l'aile ou aube sou mis à. la. pression augmente du moyeu vers l'extrémité.
4. Employer des ailes on aubes dont les sections transversales sont construites comme les ailes d'avions modernes et dont la lar geur est constante sur toute leur longueur, la profondeur de la courbure des ailes ou au bes diminuant. du moyeu vers l'extrémité. afin de compenser la plus grande force as censionnelle des extrémités qui est due à leur vitesse périphérique plus brande.
5. Employer des ailes ou aubes dont les sections transversales ont la forme des ailes d'avions modernes et qui coopèrent avec unap- pareil de guidage construit de telle faon que les vitesses du fluide ou milieu par rap port aux ailes ou aubes en mouvement. chan gent de point en point tout le long drus ailes ou aubes.
6. On a également. proposé d'@mhloyer, pour les propulseurs marins et aériens, une aile ou aube dont les diverses sections ont une largeur et un angle d'inclinaison qui -mentent vers le moyen.
Des essais faits par les demandeurs ont montré qu'aucune des six classes de procé dés de construction ci-dessus ne tei)ait compte de toutes les condition: requises pour assu rer 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 on aube est déterminée par les vi tesses périphériques des divers points de l'aile ou aube, par la vitesse axiale du fluide, par le pas géométrique de la surface de l'aile ou aube, par la largeur de la section transversale de l'aile ou aube, et par les ca ractéristiques de l'aile d'avion utilisées, ton tes ces valeurs étant prises pour les partie; 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 dem#,,,n- deurs ont essayé très complètement fluence de tous ces facteurs, indépendamment, l'un de l'autre et dans leurs diverses coin- lunaisons, sur chaque partie de diverses ai les ou aubes ayant des formes différente,
en ce qui concerne lés variations de largeur et de pas géométrique le long de l'aile or aube et en ce qui concerne les différente:; formes de sections transversales des ailes on aubes.
Lors de ces essais, on a constaté qu'il était impossible d'éviter une chute de pres sion près du moyeu, lorsque l'aile on aube quelle que fut sa largeur, avait une largeur constante et lorsque son pas béométri(lue était constant sur tonte sa longueur.
On avait. conservé Tin pas géométrique des ailes on aubes constant sur toute leur lon gueur et on avait élargi les ailes ou aubes dans le voisinage du moyeu à tel point que ces ailes ou aubes se recouvraient mutuelle- ment de façon notable, ci-. même dans ce cas, tout en employant près du moyeu des sec tions analogue., à celles des surfaces portan- tes d'avions ayant nu coefficient ascensionnel très<I>élevé,</I> on n'a pas pu obtenir une cons tance complète de la pression spécifique.
Lorsqu'on essayait la distribution 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 aube, on remarquait que les vitesses périphériques du fluide ne correspondaient pas aux vi tesses périphériques de l'aile ou aube.
La vi tesse périphérique du fluide différait d'une valeur presque constante de la vitesse péri- phérique de l'aile ou aube et les différences allaient en diminuant légèrement vers le moyeu.
Il en résulte que les directions des vi tesses relatives (lu fluide ne correspondent pas aux vitesses relatives déterminées par les vitesses périphériques de l'aile ou aube et par la vitesse axiale du fluide. Il est tout à, fait clair que, dans le dernier cas, les direction des vitesses relatives se trouvent sur la sur face- de l'hélice à pas géométrique constant, si on suppose que les vitesses axiales sont. ccnstantcs.
ronimc on a déterminé. par -les essais réels, que les vitesses périphérique:; vraies dit fluide sont moindres que lest vitesses de l'ai',e ou aube pour .des rayons correspon (lants et qu'elles différent d'une valeur pres que constante qui diminue légèrement vers le moyeu;
il en résulte que les vitesses vraies correspondantes se trouvent sur la surface d'hélice ayant un pas géométrique variable qui augmente graduellement de l'extrémité (le l'aïle ou aube vers le moyeu.
Lorsqu'on a essayé des ailes ou aubes ayant un pas géométrique constant, on a re marqué que les angles d'attaque étaient en réalité très petits près du moyeu. On a par conséquent aiibmenté les angles d'attaque près du moyeu à un degré tel que le recou vrement des ailes ou aubes était complète ment supprimé.
On a obtenu finalement ;des pressions spécifiques constantes et -les vi tesses axiales constantes, lorsqu'on donnait aux angle; d'attaque près (lu moyeu une v a- leur environ double ou triple de celle des an gles d'attaque au milieu de l'aile ou aube. On a. alors mesuré la différence des vitesses relatives du fluide et clé l'aile ou aube et. on a constaté que cette différence était presque constante sur toute la longueur (le l'aile ou aube.
Il en résulte par conséquent que l'aub- mentation du pas géométrique de l'aile ou aube vers le moyeu est déterminée par l'aug mentation du pas géométrique des vitesses re latives et clés angles d'attaque vers le moyeu.
Lors d'essais, on a obtenu une augmenta- tion considérable du rendement avec une hé lice construite suivant l'invention par rap port au meilleur type actuellement employé, non seulement dans le cas :de propulseurs aériens, mais aussi .dans le cas -le propul seurs marins, de moulins à vent et de pompes à eau.
Dans le cas de ventilateurs à hélice con.s;- truits suivant les principes mentionnés ci dessus, on a obtenu un rendement allant jusqu'à 85 contre un rendement de 35 9ô qui a été considéré jusqu'ici comme la plus haute limite pour des ventilateurs à hélice sans appareil de guidage.
En construisant une roue à hélice suivant la présente invention, on assiii,e une pression spécifique et une vitesse axiale, du fluide constantes le long (le la tot@ilité.clé la. surface active -le l'aile ou aube. même pour des con ditions variables de cliari;
e et (le vitesse, quelle que soit la forme de la section trans versale clé l'aile ou aube, soit en forme d'aile d'avion ou non, et quel que soit le rap port entre les rayons dti moj-eu et de l'hé lice que l'on désignera ci-après par l'expres sion "rapport du moyeu".
Avec des hélices construites suivant l'in vention, on évite toits les tourbillons (f, long clé l'aile ou aube, ainsi que les fuites de fluide prés chi moyeu, ce dni rend la roue à hélice très efficace pour tous les lisages.
Suivant la présente invention, la largeur (les ailes ou aubes augmente depuis environ le milieu de l'aile jusqu'au moyeu et le pas géométrique de la surface clé l'aile ou aube (lu côté où s'exerce la pression augmente aussi graduellement depuis environ le inilie.u de l'aile jusqu'au moyeu. de tille sorte que la largeur et ledit pa:
géométrique sont inaxiniuin pour les sections transversales (les parties des ailes ou aubes se trouvant sur le moyeu lui-même. Oü voit clone que, pour que le pas géonié trique augmente vers le moyeu, il faut que la tangente de l'angle d'inclinaison augmente plus rapidement que le rayon ne diminue. Dans la région (les vitesses périphériques li-s plus faibPs de l'aile ou aube,
le flui.dc se trouve ainsi sous l'influence combinée de l'a.ugnientation de la largeur et du pas géo métrique, et les essais ont montré que cette influence est prédominante vis-à-vis de fac teurs tels que la profondeur de la courbure et les coefficients ascensionnel et de dérive des profils d'ailes d'avion employés.
Dans le cas d'hélices en général, y compris les ventilateurs, la largeur et le pas géomé trique, soit 3 z 7. 0, du côté de l'aile ou aube soumis à la pression, augmentent graduelle ment depuis à peu près le milieu de l'aile ou aube jusqu'au moyeu, de telle façon que la, largeur et le pas géométrique ont leur valeur maximum pour la section transversale de l'aile ou aube se trouvant sur le moyeu lui-même, tandis que le pas géométrique est constant ou bien augmente graduellement de puis à peu près le milieu de l'aile ou aube ,jusqu'à l'extrémité,
(le sorte que le pas géo- métrique a une valeur minimum à. peu près au niilicu de la longueur active de l'aile on subi,. 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 ..;-éoniétriqtie de l'aile ou aube doit diminuer considérablement afin de contrarier l'effet produit sur les extrémités par l'augmentation (les vitesses axiales du fluide.
Une diminution excessive du pas gé0nié- 1 rique depuis le milieu de l'aile ou aube jus- rju'à l'extrémité produit un angle d'attaque faible. Pour éviter cet inconvénient., on em- ploïe de préférence des ailes ou aubes dont la lar;
@cur diminue -raduellemeiit mais nota- blenient depuis leur milieu jusqu'ii leur ex- tréinité, le pas géométrique de l'aile ou atih;: devenant ainsi contant ou augmentant dans cette partie de l'aile ou aube.
Le choix r111 type de courbes de pas géo métrique que l'on peut employer dépend des conditions dans lesquelles l'hélice peut avoir à travailler.
Dans les ventilateurs tournant à faible vitesse, on peut employer une courbe de pas géométrique qui diminue graduellement du moyeu à l'extrémité.
Dans les hélices tournant rapidement, on emploie de préférence un type de courbe de pas qui diminue graduellement. depuis le moyeu jusqu'au milieu de l'aile ou aube et qui reste alors constant depuis le milieu jus qu'à l'extrémité, tandis que dans les hélices 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 milieu de l'aile on aube et qui augmente graduellement de puis le milieu jusqu'à l'extrémité.
L'aile ou aube, suivant l'invention, pré sente un inconvénient de construction dans le cas d'hélices tournant. lentement., ou d'hé lices travaillant sous une grande différence de pression, ou particulièrement dans le cas d'hélices à faible "rapport de moyeu", en tint que la longueur axiale du moyeu .devient excessive et par conséquent impraticable.
Si l'on admet que la, largeur de l'aile on aube est fl d que l'angle (l'inclinaison de l'ail(, ou aube sur le plan de rotation est 0, 1;1 longueur axiale du moyeu est alors égale ou un peu plus grande que fl sin 0, si les va leurs de fl et 0 sont prises pour la section transversale adjacente au moyeu.
On peut cependant surmonter facilement cet inconvénient en doublant le nombre des ai les ou aubes, ce qui réduit la, longueur axiale du moyeu d'environ la moitié. Comme dans ce cas, cependant. les ailes ou aubes peuvent devenir trop étroites à leurs extrémités, il est préférable d'employer des hélices avec des ailes ou aubes<B>(fi,</B> longueurs différentes dis posées alternativement, ce qui présente l'a- vaiitagi; de réduire davantage le poids de l'hélice.
On observe pour la construction des ailes ou aubes la règle que la somme des largeurs des ailes longues et courtes à l'intérieur du cercle passant par les extrémités -des ailes ou aubes courtes augmente graduellement de puis ce cercle vers le moyeu, où cette somme a, une valeur maximum.
On a déjà construit divers types de pro pulseurs aériens et marins à ailes ou aubes courtes et longues disposées alternativement dans le but de vaincre la résistance -due au sillage dans l'eau ou dans l'air, mais, dans toutes ces constructions, la largeur totale des surfaces d'ailes ou aubes a sa valeur maxi mum, non pas .au moyeu comme pour l'in vention, mais en d'autres points de la lon gueur -de l'aile ou aube.
Dans les hélices à ailes ou aubes longues et courtes disposées alternativement, non seu lement la somme .des largeurs des surfaces d'aile ou d'aube augmente comme il a été in diqué ci-desslrs, mais le pas géométrique de l'aile ou aube augmente aussi graduellement depuis à. peu près le milieu des longues ailes ou aubes ou depuis le cercle passant par les extrémités ses 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 fa çons différentes, suivant lés exigences de construction.
Dn se reportant aux dessins annexés, qui représentent, à titre d'exemple, deux formes d'exécution -de l'objet de l'invention: La fi-. 1 est un schéma montrant la re lation entre la constance de la vitesse axiale ,du fluide et les différences de vitesses rela tives du fluide et de l'aile ou aube,, ces diffé rences étant à peu près constantes dans le cas d'un grand ,.rapport du moyeu" et dimi nuant vers le moyeu dans le cas d'un petit >,rapport chi moyeu".
La fi,,. 2 est un schéma montrant la va riation de largeur et de pas géométrique le long de l'aile ou aube d'une hélice ayant des ailes ou aubes d'une seule et même longueur; La fig. 3 est un schéma montrant la va riation de largeur et de pas géométrique le long de l'aile ou aube d'une hélice ayant des ailes ou aubes longues et courtes; r;a <B>fi,,,.</B> -1 est une élévation latérale avec coupes d'une aile ou aube d'une hélice ayant des ailes #nu aubes d'une seule et même lon- ;lieur;
La fig. 5 est une vue en plan d'une hélice ant des ailes ou aubes comme celle repré- , -iy sentée à la fig. 4; La fig. 6 est une élévation latérale d'ai les ou aubes d'une hélice à ailes ou aubes de longueurs flifférentes; La fi-. 7 est une vue en plan -du propul seur à hélice ayant des ailes ou aubes comrno, celles représentées ià la<B>fi-. 6.</B>
Dans les schémas des fig. 1, 2 et 3, ],,s valeurs le long de l'axe horizontal indiquent en pourcentage de la, longueur totale de l'aile ou aube, les distances des diverses sections transversales 41e l'aile ou aube à l'axe du moyeu.
r1 la fig. I, n-_4 est proportionnel à la vitesse axiale du fluide, laquelle est cons tante le long de l'aile ou aube.
Les vitesses périphériques -de l'aile ou aube sont proportionnelles aux rayons corres pondants et sont indiquées par les valeurs 20, 40, 60, 80 et<B>100</B> sur l'axe horizontal. Les directions des vitesses périphériques de l'aile ou aube sont tangentes aux circonférences de rotation. Les lignes pointillées inclinées montrent les directions ,des vitesses relatives du fluide aux -divers points de l'aile ou aube, et la ligne<I>0-A</I> est proportionnelle au pas géo métrique constant des vitesses relatives du fluide par rapport à l'aile ou aube.
<B>OR</B> est une différence constante entre les vitesses périphériques de l'aile ou aube et du fluide, qu'on suppose constante pour la sim plicité. Donc B-20, B---40, B-60, B-80 et B-100 représentent les vitesses périphé-. riques du fluide, et les lignes pleines incli nées sont les directions des vitesses relatives du fluide, et leurs prolongements jusqu'à l'axe 0t1 donnent les lignes qui sont propor tionnelles au pas géométrique des vitesses re latives du fluide.
Si l'on désigne par a les angles entre les directions des vitesses relatives .du fluide et le plan de rotation, par ,8 les angles d'attaque et par O les angles d'inclinaison ,de l'aile ou aube sur le plan de rotation, on a a -f- = O, et par conséquent les directions d'inclinaison de l'aile ou aube qui sont indiquées par des traita interrompus à la fig. 1.
La courbe 1 représente les variations du pas géométrique des vitesses relatives du fluide le long de l'aile ou aube, et la courbe 2 montre les variations du pas géométrique de la surface de l'aile ou aube elle-même.
Dans ce cas, la courbe du pas géométri que a une valeur minimum a, peu près au mi lieu de la longueur active de faible ou aube et augmente vers l'extrémité et vers le moyeu.
A la fig. 2, les courbes 3 et 4 représen tent respectivement la distribution de la lar reur et du pas géométrique le long des ailes ou aubes représentées à la fig. 4 et,de la roue à hélice de la fig. 5. Dans ce cas particu lier, la largeur varie le long de l'aile ou aube suivant une loi représentée par une ligne droite, lorsqn(> le pas géométrique est cons tant sur la partie de l'aile ou aube adjacente à l'extrémité et augmente graduellement du milieu vers le moyeu.
Dans la fig. 3, 5 et 6 donnent des cour bes représent:int respectivement la distribu tion de la largeur et du pas géométrique le long de l'aile ou aube d'une hélice munie d'ailes o-u aubes de longueurs différentes, comme le montrent les fig. 6 et 7. Dans ce cas, la courbe 5 représente la. somme des lar geurs des aile; ou aubes lonnues et courtes. La courbe 6, qui représente le pas géométri que, lequel est la même pour les deux ailes ou aubes, c'est-à-dire pour les longues et pour les courtes, est semblable à la courbe 4 re présentée à la. fig. 2.
Il est entendu, ce pendant, que le pas géométrique pourrait aussi varier comme l'indique la coure 2 â la fig. 1 ou diminuer graduellement vers l'ex- t rém ité.
En se reportant à la fig. 4, les lignes 7 et 8 représentent en élévation latérale res pectivement les arêtes avant et arrière di, l'aile ou aube. Le contour 9 du moyeu peut. affecter différentes formes. Les sections transversales 10 de l'aile ou aube sont repré sentés dans le plan du dessin. I1 sont les tan gentes au côté de l'aile ou aube soumis à la pression, ces tangentes étant. inclinées d'un angle 0 par rapport au plan de rotation.
Ces tangentes coupent l'axe à des hau teurs indiquées par les lignes<I>CD, CE, CF,</I> qui sont proportionnelles au pas géométrique de la section transversale correspondante de l'aile ou aube. On voit aisément que ces hau teurs augmentent vers le moyeu et qu'en même temps la largeur de l'aile ou aube aug mente également.
d la fi-. 5, les lignes 12 et, 13 sont les arêtes avant et arrière de l'aile ou aube en vue en plan.
En se reportant a,ux fig. 6 et 7, les Di gnes 14 et 15 sont respectivement les arê tes avant et arrière de l'aile ou aube longue en élévation, et les lignes 17 et 18 sont res pectivement. les arêtes avant et arrière<B>de</B> l'aile ou aube courte également en élévation. Les lignes 20, ?1, 22 et 23 sont respective ment les arêtes mentionnées ci-dessus et vues en plan.
L'augmentation du pas géométrique vers le moyeu est représentée à la fig. 6 par les tangentes 19.
Dans ce cas, l'aile ou aube longue et l'aile ou' aube courte ont le même pas g6ométri- que pour des rayons correspondants, mais il est entendu que la distribution du pas géométrique dépend entièrement de la distri bution de la charge entre les ailes ou aubes longues et courtes, que l'on peut effectuer de beaucoup (le façons différentes.