Aéromoteur. Une des difficultés de l'utilisation prati que du vent par des aéromoteurs provient des grandes variations, lentes ou rapides, de la vitesse de celui-ci. Il en résulte, en effet, de grandes variations de la vitesse et de la puissance de tels aéromoteurs.
Pour y remédier, on a proposé des aéro- moteurs dont le pas des pales qu'ils compor tent est commandé soit par la force centri fuge, soit par une surface mobile de réglage, soumise à la pression du vent. Dans ces dis positifs connus, le réglage du pas s'effectue, comme dans les hélices d'avion à pas réglable, par rotation des pales sur elles-mêmes. Ce dispositif ne convient qu'à des aéromoteurs ayant des hélices de diamètre relativement faible, par exemple de l'ordre de 4 m au maximum.
La présente invention a pour objet un aéromoteur comprenant une hélice à vitesse maintenue constante par l'utilisation de l'action du vent. Le perfectionnement ap porté par l'invention permet la réalisation d'aéromoteurs à grande puissance, par exem ple comprenant une hélice de 50 m de diamètre pour fournir une puissance de 250 CV. pour une vitesse de vent de g m/sec., avec une vitesse de rotation de 15 t/min. Un tel aéromoteur à hélice à deux pales pèsera environ 11 tonnes, soit ô tonnes par pale.
Cet aéromoteur est caractérisé par le fait que chaque pale d'hélice comporte une partie fixe solidaire du moyeu et au moins une partie mobile dont la position est réglée par l'action du vent.
Suivant un premier mode d'exécution, la pale comprend un ou plusieurs bords d'atta que articulés sur la partie fixe et à braquage commandé par une surface mobile soumise à l'action du vent: suivant un second mode d'exécution, la pale comprend un ou plu sieurs ailerons de fuite articulés sur la partie fixe et commandés comme les bords d'attaque; enfin, suivant un mode d'exécu tion préféré, la pale comprend, articulés sur sa partie fixe, des bords d'attaque et des ailerons de fuite associés par deux, chaque jeu d'un bord d'attaque et d'un aileron de fuite étant associé à une surface commune soumise à l'action du vent.
La partie centrale fixe, solidaire du moyeu, peut être réalisée d'une façon très robuste ; c'est ce qui permet d'envisager la réalisation d'aéromoteurs à hélices de très grande dimension, comme indiqué ci-dessus.
au dessin annexé, on a illustré, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.
Les fig. 1 et \? représentent schématique ment, en deux positions différentes, en perspective avec coupe transversale à la pale, une pale d'hélice aéromotrice munie d'un bord d'attaque et d'un volet de fuite articulés, cette pale étant vue en position horizontale. La fig. 3 représente, en perspective, l'ex trémité d'une pale munie d'un dispositif per fectionné qui sera décrit ci-après.
Les fig. 4, 5 et 6 représentent, en coupe verticale transversale, une pale d'hélice en position horizontale avec son bord d'attaque et son aileron de fuite, respectivement dans trois positions correspondant à des valeurs différentes de la vitesse du vent. Ces figures montrent avec son épaisseur réelle la pale représentée schématiquement sans épais seur en fig. 1 et 2.
Les fig. 7, Ibis et 8 représentent schéma tiquement deux variantes du dispositif de commande des parties mobiles de la pale.
La fig. 9 montre les courbes représentant les différentes valeurs que doit avoir l'angle d'attaque de la pale aux différents points de son rayon R.
La fig. 10 représente schématiquement un train d'engrenages multiplicateur permettant d'entraîner une génératrice électrique par un aéromoteur à faible vitesse de rotation.
Les fig. 11 à 27 sont des schémas explica tifs dont la description sera donnée au cours de ce qui suit Les fig. 28 et 30 sont relatives à un perfec tionnement pour supprimer l'effet perturba teur de la force centrifuge sur le palpeur de vent.
Suivant le dispositif représenté en fig. 1 et 2, chaque pale de l'hélice à axe horizontal, de moyeu M, est constituée par une partie médiane fixe 1-2 sur laquelle est articulé, à l'avant, en 1, un bord d'attaque mobile 1-3 et, à l'arrière, sur un axe 4 supporté par une plaquette 4', un volet de fuite 5-6. Un plan régulateur 7 normal au vent est monté sur une tige 8-9-18 guidée dans des paliers 10-11 portés par une plaquette 7' solidaire de la partie médiane fixe 1-2 de la pale.
Un point 9 de cette tige est relié par une biellette 9-12 au bord de fuite 5-6. Celui-ci est maintenu à sa position braquée par un ressort 13-14 dont le point d'attache 14 fixé sur la plaquette 7' est solidaire de la partie médiane fixe 1-2 de la pale. En un point 15 de la plaquette 7' solidaire de la partie médiane fixe 1- 2 de la pale est pivoté un levier à sonnette 16-17 dont l'ex trémité 16 est reliée à l'avant du bord d'at taque mobile 1-3 par une biellette 16-3 et dont l'autre extrémité 17 se trouve sur le chemin parcouru par le plan régulateur 7 lorsque celui-ci se déplace en arrière sous la poussée du vent représenté par la flèche T.
En cas de besoin, la commande de bra quage des bords articulés 1, 3-5, 6 par le plan 7 pourra être réalisée avec un servo moteur intermédiaire. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant Lorsque le vent est faible, les organes se trouvent dans la position représentée en fig. 1. L'angle A de la direction du vent avec la ligne qui joint le bord avant et le bord arrière de la pale est maximum; la poussée reçue par la pale pour une vitesse de vent donnée est maxima. Lorsque la vitesse du vent augmente, la pression sur le plan régulateur 7 augmente et celui-ci se déplace dans le sens du vent.
Ce déplacement a. pour effet, d'abord de relever le bord de fuite 5-6, de manière à diminuer l'angle d'at taque A, puis, à partir d'un certain moment, lorsque le plan régulateur 7 atteint l'extré mité 17 du levier à sonnette pivoté en 15, la biellette 16-3 relève également le bord d'attaque 1-3.
Par un choix convenable des surfaces de la partie médiane fixe 1- 2 de la pale, de son bord d'attaque et de son bord de fuite, de l'emplacement des points de pivotement de ceux-ci et des liaisons avec le plan régula teur, il est possible de réaliser une variation continue de l'angle d'attaque suivant la vitesse du vent, qui permettra d'obtenir pour l'aéromoteur une vitesse et une puissance sensiblement constantes.
Le pas de l'hélice doit être adapté en cha cun de ses points non seulement à la vitesse du vent, mais également à la vitesse circon- férentielle de l'hélice en ce point, car c'est la résultante de ces deux vitesses (vent rela tif) qui détermine le régime de l'aéromoteur. Dans une hélice d'avion de petit diamètre, on admet qu'il suffit d'adapter exactement le pas en lun point de la pale qui se trouve aux trois quarts du rayon à partir du moyeu.
Par contre, dans une hélice de 50 m de dia mètre, les différences des vitesses circonféren- tielles dles différents points de la pale attei gnent des valeurs telles qu'en adaptant le pas de l'hélice en un seul point, ume partie de l'hélice aura un effet accélérateur, tandis que l'autre partie exercera un effet de frei nage très prononcé. Cela résulte clairement de la fig. 9 dont les courbes C1 et C2 représen tent, respectivement, pour des vitesses du vent de 8 m/sec. et 20 ni /sec., les valeurs que doit avoir l'angle d'attaque A de l'hélice (abscisses) aux différents points de son rayon R (ordonnées).
L'hélice étant construite sans bords articulés suivant la courbe C1 correspondant à une vitesse du vent de 8 m/sec., si on veut l'adapter, par rotation de ses pales sur elles-mêmes, à une vitesse du vent de 20 n/ ',sec., on obtient, en opérant l'adaptation exactement pour le point M se trouvant aux ¹ du rayon, la courbe C'1, parallèle à l1 et passant par M. En effet, faire tourner la pale sur elle-même reviept à augmenter (ou diminuer) uniformément son angle d'attaque en tous ses points, c'est- à-dire à déplacer la courbe C1 parallèlement à elle-même.
Si donc on veut que l'adaptation soit rigoureuse pour le point M, on fait tourner la pale d'un angle tel qu'il corres ponde au déplacement de la courbe C1 dans la position C''1 où elle coupe la courbe C2 au point M dont l'ordonnée correspond à la valeur R = 18,5 m, c'est-à-dire aux trois quarts d'un rayon de 25 m. On voit alors que la partie de l'hélice se trouvant au-delà de M tend à accélérer l'hélice et la partie se trouvant en-deçà de M tend à la freiner.
Le réglage de l'angle d'attaque de l'hélice doit être différent pour les ponts de l'hélice qui sont plus ou moins éloignés du moyeu. A cet effet, le bec d'attaque et l'aileron de fuite de chaque pale de l'aéromoteur sont divisés (fig. 3) en un certain nombre de sec tions indépendantes 23-24-25-26... 19- 20-21-22... ayant par exemple chacune une longueur (le i m, et munies chacune d'un dispositif (le réglage séparé. Si, dans ces conditions, on considère sur la courbe C1 les tronçons C3, C4, C5, C6 correspondant à ces sections de 5 m, on comprend que le réglage individuel de l'angle d'attaque de ces sec tions revient à un déplacement individuel, parallèlement à eux-mêmes, de ces tronçons de courbe.
Si le réglage est déterminé de façon que l'adaptation de l'angle d'attaque soit rigoureuse pour les points milieux m, m', m'', m''' de ces sections, on obtiendra pour une vitesse du vent de 20 m/sec. les courbes C''3, C'4, C''5, C''6 qui s'écartent relat- venent peu de la courbe C'2 passant par les points<I>in,</I> 7n', <I>m.", m"'</I> qui correspond à une adaptation rigoureuse en tous les points de la pale.
Il est. intéressant de pouvoir changer la, valeur de la vitesse et de la puissance cons tantes débitées par l'hélice; pour cela, il suffit de modifier un des éléments d'où ré sulte le réglage du braquage des bords arti culés. Par exemple, on peut incliner plus ou moins le plan régulateur î sur la direction du vent; dans ce cas, on prendra de préfé rence deux plans égaux à inclinaisons contra- ; riées, ou un plan à persiennes dont la moitié des persiennes s'inclineront dans un sens et l'autre moitié dans l'autre.
Le même résultat est obtenu par l'intro duction de cames dans la commande de braquage, le changement de came modifie l'effet. de la transmission sur le braquage.
Suivant une forme d'exécution particu lière de l'objet; de l'invention, la pression du vent sur le plan régulateur 7 peut également servir à. commander par une transmission, mécanique ou électrique, l'orientation du support. de l'aéromoteur par rapport à. la direction du vent, ce qui permet d'en faire varier la surface utile.
On va décrire maintenant certains perfec tionnements qui ont notamment pour but de faciliter le démarrage de l'aéromoteur par vent faible, de permettre une meilleure adap tation du pas des pales d'hélice aux varia- Lions qui permet le maximum de puissance, etc.
Il est utile de rappeler d'abord les notions d'aérodynamique suivantes Un vent de vitesse relative V, par rapport à une surface S qu'il frappe sous un angle i, dit angle d'incidence ou angle d'attàque , exerce sur cette surface une poussée P qui est le produit de S et du carré V2 de la vitesse par la poussée unitaire, laquelle est déter minée par certains coefficients qui sont eux- mêmes fonction de i. On a coutume de dé composer (fig. 11) la poussée unitaire en une composante dite portance perpendiculaire au vent V, et une composante dite trai- nance située dans le prolongement de V.
Le coefficient de la portance qui s'ex prime classiquement par
EMI0004.0006
est prati quement proportionnel à i dans un large intervalle, de par exemple 0 à 15 ou 20 ou même un peu plus. La courbe représentant la variation du coefficient de portance en fonction clé celui de la trainance (lui-même exprimé par
EMI0004.0009
courbe qu'on dénomme polaire , a l'allure que représente la fig. 12, et qui - particularité notable - comporte un maximum pour des angles de l'ordre d' une quinzaine ou une vingtaine de degrés.
Un profil donné d'aile A (fig. 11) qui, au lieu de se limiter à une simple surface S, est un corps d'une certaine épaisseur, se trouve ainsi caractérisé par sa polaire. On constate que la portance est nulle quand le vent relatif est parallèle à une certaine direction ou corde a-b propre au profil considéré, posi tive quand le vent frappe l'aile au-dessous de cette corde, et négative quand il la frappe par en dessus.
Bien entendu, si le profil est lui-même en mouvement comme c'est le cas pour une pale d'aéromoteur en rotation, la direction et la vitesse des filets d'air qui agissent sur elle sont (fig. 13) celles du vent relatif W par rapport à cette pale en mouvement. (La fig. 13 représente la section horizontale d'une pale ayant pour axe de moyeu X-X et supposée en position verticale; cette section étant faite à la distance r de l'axe).
Par exemple, pour une section de pale située à la distance r de l'arbre X-X autour duquel elle tourne au régime de n tours/seconde, donc avec la vitesse circonférentielle 2n#r, tandis que le vent souffle à la vitesse V parallèle à l'arbre X-X, la vitesse relative est l'hypo ténuse W du triangle rectangle formé sur les côtés V et 2n#r, et l'angle d'incidence par rapport à la corde de portance nulle a-b est i.
Le vent relatif varie donc en grandeur et direction: en grandeur depuis V au moyeu jusqu'à
EMI0004.0013
en -bout de pale (R étant le rayon extrême), et en direction depuis la direction de l'arbre du moulin jusqu'aux environs de la perpendiculaire à cet arbre.
Ainsi s'explique la forme tordue que doit avoir la pale pour se visser correcte ment dans l'air, lequel exerce à son égard le rôle d'un écrou animé, sans rotation, d'une vitesse d'avancement V suivant son axe, tan dis que la pale tourne, relativement au vent, sans avancer et c'est ce qui explique aussi que, pour être correcte, cette torsion devrait être adaptée à chaque valeur particulière momentanée du vent, et dans toutes les sections de la pale.
Comme visible en fig. 4, chaque pale d'hélice déjà exposée en fig. 1 et se com pose d'une partie centrale 101 rigidement fixée sur le moyeu et ayant en chaque région de la longueur de la pale l'angle d'attaque optimum établi pour une vitesse du vent donnée, par exemple 5 m/sec., ainsi que d'un bec d'attaque 102 et d'un aileron de fuite 103, articulés sur des supports 104, 105, solidaires de la partie centrale 101. Ces parties mobiles 102 et 103 de la pale sont.
commandées par une surface de réglage mo bile 106, soumise à la pression du vent et qui est, par exemple, pivotée en 107 sur le sup port 104. Cette surface agit par l'intermé diaire d'un levier 108, qui en est solidaire, et d'une bielle 109, sur le bec d'attaque 102, lequel transmet le mouvement par une bielle 110 à l'aileron de fuite 103.
Un ressort de rappel 111 fixé sur la bielle 110, d'une part, et sur la partie centrale fixe 101 de la pale, d'autre part, tend à ramener les parties mobiles 102 et 103 dans la position de vent nul représentée en fig. 4, c'est-à-dire le bec 10l2 braqué en avant (dans le vent) et l'aileron (le fuite 103 en arrière (en sens in verse du bec.) Dans ces conditions, on voit que quand le vent est nul ou faible (fig. 4), les ailerons 102 et 103 redoivent, sous l'action du ressort de rappel 111, un braquage maximum, l'un en avant, l'autre en arrière, par rapport à la partie centrale 101.
Afin d'augmenter davantage l'effort utile, en particulier par vent faible, et principalement au démarrage, le bord d'attaque 102 peut être pourvu d'une fente 112, ayant la forme de l'intervalle entre deux aubes de turbine, qui crée lorsque le vent s'y engouffre une forte dépression sur la face dorsale du profil, ce qui est un moyen connu de déterminer une composante Cz très importante.
Lorsque la vitesse du vent augmente, le déplacement de la surface mobile 106 contre l'action du ressort 111 fait pivoter dans le sens des flèches f, f' les ailerons 102 et 103 qui viennent se placer dans le prolongement de la partie centrale 101 lorsque la vitesse du vent atteint la vitesse de base, par exem ple 5 m/sec. (position représentée en fig. 5).
Lorsque la vitesse du vent dépasse la vitesse (le base à laquelle est adapté l'angle d'attaque de la pale, l'action du vent sur la surface mobile 106 provoque un braquage en arrière du bec d'attaque 102 et un bra quage en avant (le l'aileron de fuite 103 (fig. (6).
Si on examine ce qui se passe plus en détail, on constate ce qui suit: En régime de rotation de n tours/seconde, la vitesse rela tive W s'écarte de l'arbre d'un angle a qui, pour un même vent V, est d'autant plus grand (fig. 14 et fig. 15), que le régime n est lui-même plus grand, et que le rayon ou distance au moyeu r de la section de pale considérée est aussi plus grand. Si, par ailleurs, le vent V varie, l'angle a varie en sens inverse, c'est-à-dire est d'autant plus petit que Y est plus grand.
Et, par suite enfin, le calage de construction (a -I- i), pour une section de pale considérée, à la distance r du moyeu et par un vent V déterminé, est d'autant plus grand que (a une fois choisi) n. et r sont plus grands et V plus faible; en définitive, calage d'autant plus grand que l'expression classique
EMI0005.0010
(d désignant le diamètre de l'hélice au point considéré) est plus faible.
En fait
EMI0005.0011
En particulier, au démarrage, n étant nul, donc aussi<I>a,</I> et ceci à toute distance<I>r</I> du moyeu, il serait rationnel, d'avoir un calage (#.c .'- i) faible et de même ordre de grandeur pour toutes les sections, c'est-à-dire qu'il serait rationnel de coucher les sections sur l'arbre<I>X- X</I> et, de préférence, de les coucher à peu près de même angle à toutes les distances du moyeu.
Au contraire, en pleine marche, il serait rationnel de pouvoir donner un calage (a + i) notablement plus fort partout, et de plus en plus fort à mesure que les sections sont elles-mêmes plus distantes du moyeu.
i#utrernent dit, la solution complète et universelle serait, ayant incliné par construc tion les diverses sections d'angles faibles con venant pour le démarrage, de tordre la pale en marche, cette torsion étant d'autant plus accentuée que le régime de marche est plus rapide, que la distance de la section consi dérée à l'arbre est plus grande et que le vent actuel plus faible, en un mot que l'argument
EMI0005.0018
est plus faible.
("est dire qu'une pale rigide et rigidement fixée ne peut qu'être mal adaptée partout sauf peut-être, par ha sard, en une seule section dès que l'argument actuel
EMI0005.0020
diffère de l'argument de base, et c'est dire encore qu'une pale. rigide, mais sus ceptible d'une certaine rotation tout. d'un bloc dans son moyeu, pourra recevoir une adaptation momentanée qui sera correcte pour une section choisie au mieux, mais pour celle-là seule, l'adaptation des autres sections n'étant alors qu'approchée, et même, doit-on dire, grossièrement approchée, par défaut vers le moyeu, et par excès vers le bout de la pale.
La solution idéale consisterait à décom poser la pale en un nombre infini de sections susceptibles chacune de l'orientation indi viduelle convenable. Mais cette solution étant irréalisable, on s'en approche en utili sant deux artifices 1 On construit la pale en quelques tranches orientables, susceptibles chacune de l'adaptation individuelle convenable pour sa section moyenne (par exemple pour une pale de 25 m, une première tranche de 0 à 5 m, rigide et indéformable, tranche qui est pratiquement inactive même en bonne adaptation, puis une deuxième de 5 à 10 m adaptable sur la section située à 7,5 m, une troisième de 10 à 15 m adaptable sur la section située à 12,5 m, etc.).
De la sorte, l'incorrection d'adaptation des sections de chaque tranche autres que la section moyenne étant très réduite, l'adaptation de l'ensemble sera très proche de l'adaptation générale correcte.
2 Au lieu de prétendre imprimer à chaque tranche tout entière une rotation de toute sa section, on maintient, conformément à la disposition décrite, la partie centrale fixe et rigide, et on applique à la partie avant (le bec) et à la partie arrière (l'aileron), les quelles prennent appui sur cette partie cen trale solide, les rotations inverses qui sont commandées par les surfaces de réglage 106, et dont les effets sont détaillés ci-après Au démarrage, la direction de la vitesse relative W du vent se confond avec la vitesse V (fig. 16).
Son incidence i sur la corde de portance nulle a-b du profil pur, c'est-à-dire sans braquage, serait alors considérable et dépasserait notablement l'incidence de por tance maxima, de sorte que la composante de portance Cz qui se confond en ce moment avec la force de rotation, serait très faible, d'où l'impossibilité ou tout au moins l'extrême difficulté de démarrer.
Au contraire, le double braquage du bec et de l'aileron (fig. 17) a pour effet d'incliner sensiblement sur le vent (confondu avec l'arbre du moulin) la corde de portance nulle orientée maintenant selon a'-b', et, par con séquent, il diminue d'autant l'incidence, qui devient<I>i',</I> sensiblement moindre que<I>i,</I> d'où il résulte que i' dépassant l'angle de portance maxima sensiblement moins que i, ou bien même bombant, au-dessous de cet. angle de portance maxima, la composante devient Cz' bien plus forte que Cz, et, pour un même calage de la partie centrale, constitue ainsi.
une force de rotation bien plus active que la précédente.
On voit ainsi l'extrême utilité pour le démarrage de la déformation du profil par le double braquage. Il faut noter en passant. que c'est le pied de la pale, c'est-à-dire la région la plus rapprochée de l'arbre, qui procure pour le démarrage les forces par tielles de rotation les plus efficaces, en raison de la réduction de l'incidence i' à des valeurs pas trop excessives (en fait moindres que l'angle i' de la fig. 17), tandis que les portions voisines du bout de la pale fournissent des forces partielles de rotation pratiquement inexistantes du fait de la grandeur excessive de l'incidence ï" (fig. <B>18)
</B> encore beaucoup trop forte en dépit du- double braquage.
La présente explication donnée à l'occa sion du démarrage fait comprendre que le double braquage du bec et de l'aileron sur la partie centrale restée fixe équivaut à une rotation fictive de tout le profil. qui serait égale à (i-i'), rotation dont on peut juger l'ampleur par la comparaison des fig. 16 et 17 qui se rapportent à un même calage de la partie centrale fixe.
Ensuite, une fois le moulin démarré, la vitesse de rotation intervient pour modifier en grandeur et direction la v iteee relative<B>IF</B> et réduire l'incidence i à une valeur qui va pouvoir tomber -désormais au-dessous de l'incidence de portance maxima. Alors Cz et Cx (fig. 19 et fig. 20) fournissent des comnpo- sautes de rotation M et N opposées, dont la différence (M- N), qui est la force de rota tion, atteint une valeur importante.
Sous l'effet de cette force, le moulin accélère sa rotation jusqu'à un certain ré gime n où il se stabilise tant que le vent reste lui-même constant. Il y a lien (le remarquer qu'on aura établi les caractéristiques de construction en vue d'un résultat précis, par exemple en vue d'obtenir, pour ce régime normal, la puissance maxima, ce qui corres pond à un angle i prédéterminé, propre à la section considérée et peut être assez fort, mais cependant inférieur à l'angle de portance maxima.
Si alors, ce régime normal une fois atteint, le vent vient à croître (fig. 21), la vitesse relative qui était jusqu'ici W deviendra W' plus écartée de la corde actuelle de portance nulle a-b, ce qui tendra à provoquer un accroissement de i vers i'. Si, ce qui peut arriver clans certains cas, i' dépassait l'inci dence de portance maxima, Cz tendrait ainsi à diminuer en s'opposant alors à une accélé ration du régime, donc en exerçant une autorégulation partielle pour celles dles sec tions qui comporteraient une incidence aussi importante.
En même temps, il est vrai, même avec le régime maintenu, la vitesse relative w', déjà accrue dul simple fait de l'augmentation de V, exercera sur la surface de réglage 106 une action plus forte et, par conséquent, ten dra à amener le bec dans le vent (et concur remment l'aileron en sens inverse), donc à réduire l'angle d'incidence entre i' et i. Cette compensation de lai précédente tendance à l'accroissement (le i a ainsi l'effet heureux (le tempérer la brutalité d'action résultant d'une brusque variation éventuelle du vent.
Mais cette étape, intermédiaire, qui peut- être même ne se réalisera pas, cédera (dans le cas où l'augmentation de vitesse du vent serait durable, au moins provisoire- ruent, au lieu d'être instantanée) - la place à une étape stabilisée par la nouvelle valeur du vent V''. Cette étape stabilisée correspon dant à une puissance fournie par le vent proportionnelle à V'3 au lieu de l'3, le moulin (s'il actionne une machine à couple sensible ment constant) aura tendance à emballer jusqu'à un régime nouveau n', tel que le rap port -
EMI0007.0006
sera (le l'ordre de
EMI0007.0007
ce qui implique due l'accroissement relatif de la vitesse de rotation sera plus fort que l'accroissement re latif de la vitesse du vent (de L'ordre du triple).
Par suite, la nouvelle incidence stabilisée i'' sera plus faible non seulement que l'incidence intermédiaire i', mais même que l'incidence initiale i.
On voit ainsi qu'une augmentation du vent aura d'abord pour effet une tendance modérée à l'augmentation de l'incidence, destinée à se transformer en une ten dance à la réduction de l'incidence, ré duction d'incidence elle-même concomit- tante d'une accélération du régime. Ces alterni ances auront pour effet accessoire un amortissement de la tendance finale à l'accélération de régime qui, aidé d'ailleurs par l'inertie de la masse des pales du moulin, laissera largement le temps au dispositif de réglage d'agir sur le braquage du bec et de l'aileron vers la position adaptée à l'angle correct 1 qui correspondra au maintien du régime n.
On pett citer, à titre indicatif, l'exemple d'un moulin adapté pour vent de s m/sec. au régime de<I>'il,</I> de tour/sec. avec incidence de î .tu rayon r = 20 m. Si le veut s'élève à 9 m/sec., il tendra momentanément à une incidence de 8 4i' environ, puis à atteindre une puissance 1,42 fois la précédente ait régime de 0,367/sec. avec incidence de 3 4.ï' environ. La, puissance et le régime initiaux se maintiendront en ramenant l'incidence à 6 environ, soit une augmentation d'un peu plus de -' , par braquage du bec en arrière et de l'aileron en avant.
Avec le profil de cet exem ple, le braquage de l'aileron serait de l'ordre (le .ï' (fi(r:.'0). La man#uvre réalisant ce braquage se comprend immédiatement par la fig. 24 où les traits pleins représentent les positions initiales (vent V) et les pointillés les positions finales (vent V' plus fort).
Bien entendu, ce maintien du régime par vent accru implique qu'on sacrifie le surplus de puissance inclus dans ce vent plus fort.
Le fonctionnement du système dans le cas de baisse du vent s'expliquerait de ma nière toute semblable. Toutefois, si le rende ment en régime normal par vent de base V est optimum, il sera forcément impossible de le maintenir quand le vent faiblira, puisque alors l'énergie fournie, et donc aussi l'énergie rendue, est inférieure à la précédente. Pour pouvoir maintenir le régime, il faudra qu'on ait consenti un rendement moindre pour le vent de base V que pour le vent le plus faible V'.
Dans ce cas, la correction d'incidence s'effectuera en sens inverse de la correction par vent accru, c'est-à-dire en abattant le bec vers l'avant, mouvement qui résultera du mollissement de la poussée du vent sur la plaque 106.
Moyennant des réglages appropriés, mo difiant au besoin les proportions des lon gueurs des diverses pièces de la tringlerie ou leurs angles mutuels, ces jeux de braquage permettraient d'autres résultats qu'on peut éventuellement rechercher, par exemple cer taines variations du régime liées aux varia tions du vent par des relations fixées d'a vance, en particulier l'exploitation partielle ou totale du surplus de puissance disponible quand le vent dépasse la vitesse de base. Au besoin, on pourrait intercaler dans le sys tème de la tringlerie des cames permettant la réalisation plus facile ou plus stricte des relations fixées d'avance. On peut encore doser ou même inverser ces résultats en modifiant le moment de l'action du vent sur la plaque de commande 106, susceptible à cet effet de pivoter sur son axe 129.
La fig. 25 montre la plaque en plein tra vers agissant pour pousser les tiges 108 et 109 en vue de relever le bec en arrière. La fig. 26 la montre en position de neutralisation où elle n'a aucune action. La fig. 27 la montre en plein travers agissant pour tirer les tiges 108 et 109 en vue d'abaisser le bec en avant.
Les diverses mises en position de la plaque 106 pourraient d'ailleurs être com mandées à volonté d'un poste extérieur à la pale de moulin, par exemple un poste à terre, grâce à des renvois appropriés.
La forme de réalisation décrite plus haut pour la commande des parties articulées 102 et 103 de la pale par la surface de réglage mobile 106 peut être encore perfectionnée, soit comme il vient d'être expliqué au moyen des fig. 25, 26, 27, soit par des moyens per mettant de régler le calage de la surface mobile 106 par rapport au levier 108, ce qui modifie la longueur de la tringlerie et mo difie, pour un vent donné, les valeurs des angles de braquage du bord d'attaque 102 et de l'aileron 103, soit par des dispositifs inspirés de ces deux modes de moyens.
Sui vant la fig. 7, ce résultat est obtenu en arti culant la surface 106 sur la bielle 109 par un levier coudé 113, 113'', dont le bras 113' peut être solidarisé à l'aide d'une goupille 11.1 avec un bras 115 solidaire de la surface<B>1.06</B> et présentant plusieurs trous 116 pour cette goupille. Selon qu'on utilise l'un ou l'autre trou, l'angle de calage de la surface 106 par rapport à la transmission se trouve modifié. Ce dispositif peut d'ailleurs être remplacé par un tendeur réglable, représenté fig. Ibis, monté entre la surface 106 et le point. d'arti culation du levier 113' avec la bielle 109.
Dans l'exemple décrit, la commande est. continue, c'est-à-dire que pour un même sens de déplacement de la surface mobile 106, le braquage des parties mobiles 102 et 103 varie toujours dans le même sens. Il peut y avoir toutefois intérêt dans certains cas, par exemple quand l'angle d'attaque est aux environs de l'angle de portance maxima, à ce que le sens de braquage s'inverse.
Ce résultat est obtenu par un calage convenable de la surface 106 par rapport à la transmis sion 108, 109, ainsi qu'on le voit en fig. 8, dans laquelle, pour une augmentation du vent au-delà de la valeur correspondant à la position 106', 108', 109', 102', la variation de l'angle de braquage du bec 102 (et de l'aileron 103) change de sens après avoir atteint une position limite 102'.
Un dernier perfectionnement concerne un ensemble de deux hélices, identiques ou non, tournant en sens inverse et un engrenage multiplicateur permettant d'entraîner avec un tel aéromoteur à faible vitesse de rotation (par exemple 15 t/min.) une génératrice élec trique de type normal tournant par exemple à 1500 t/min. en réalisant ainsi une très forte multiplication à l'aide d'un dispositif d'un poids et d'un encombrement assez fai bles pour être admissibles. A cet effet, on utilise deux hélices coaxiales tournant en sens inverse l'une de l'autre et entraînant respectivement deux organes d'un train d'engrenage multiplicateur épicycloïdal dont l'organe mené est accouplé à la génératrice.
Suivant la forme de réalisation représentée en fig. 10, les deux hélices entraînent en sens inverse deux couronnes 117, 118 montées folles sur l'arbre de sortie, ou arbre mené 119, de l'engrenage. La couronne 118 est solidaire d'un tambour 120 qui porte un ou plusieurs satellites 121 qui sont en prise, d'une part, avec une denture intérieure 122 de la cou ronne 117 et, d'autre part, avec un pignon 123 calé sur l'arbre mené 119. Des dentures extérieures coniques 124, 125 des couronnes 117, 118 sont de préférence en prise toutes les deux avec un pignon compensateur 126 monté fou sur un tourillon fixe <B>127</B> monté sur le carter 128, disposition quia pour effet de rendre rigoureusement égales et opposées les vitesses de rotation de ces deux couronnes entraînées par les hélices.
Cet ensemble de deux hélices tournant en sens inverse s'oriente automatiquement sous l'action du vent.
L'on peut réaliser, par exemple, avec des dimensions pratiques, une multiplication de 30 à 35 par ce système, en même temps qu'on peut réduire au tiers les efforts sur les dents en plaçant trois satellites. Il suffit alors d'un dernier engrenage supplémentaire pour atteindre la multipli cation
EMI0009.0003
et cela dans d'excellentes conditions pratiques.
Un dernier perfectionnement. a pour objet de supprimer les effets nuisibles de la force centrifuge sur le dispositif palpeur du vent.. En effet, la position prise par celui-ci dépend non seulement de l'action du vent sur lui, mais également de celle de la force centrifuge.
Ce perfectionnement consiste à annuler l'action de la force centrifuge sur le palpeur en lui associant une masse mobile égale à la sienne et recevant un effort centrifuge égal et opposé à celui que reçoit le palpeur lui- même. Ainsi l'effort centrifuge et l'effort compensateur s'annuleront sur le palpeur.
Suivant la forme de réalisation de ce perfectionnement représentée en fig. 28 à 30, la partie fixe de pale 130, solidaire du moyeu, est pourvue d'un élément de bord de fuite 131 articulé. Le braquage de ce bord de fuite est commandé par un palpeur de vent relatif 132 constitué par un aileron à surface gauche monté en girouette sur un axe 133, tenu à l'avant du bord d'attaque et parallèlement à sa direction moyenne, par deux montants 134-135.
On voit sur la fig. 29, qui est une sec tion schématique, transversale à la pale 130, par le plan XXIX de la fig. 28, que la gi rouette 132 fait un angle i avec la direction IH de portance nulle. C'est cet angle<I>i</I> qui est l'angle d'attaque du vent relatif: ses variations, ou des valeurs qui leur sont reliées, par exemple les variations de l'angle dont tourne la girouette, sont employées à com mander le braquage du bord de fuite 131 par. toute transmission appropriée, directe, ou avec interposition. de servomoteur de puissance, éventuellement avec interposition de cames interchangeables pour modifier la loi de braquage.
Toutefois, pour que la commande soit correcte, il ne faut pas que l'orientation de la girouette 132 dépende de l'effort d'orienta tion dû à la force centrifuge du fait que l'axe 133, parallèle au bord d'attaque de la pale 130, n'est pas exactement perpendiculaire au moyeu de l'hélice. Pour y remédier, on dis pose (fig. 30), par exemple à l'intérieur de la pale 130, un deuxième axe 136 parallèle à celui 133 de la girouette; ces deux axes por tent deux doigts, ou deux secteurs, parallèles, 137, 138, réunis par un câble 139; l'axe 136 porte une masse 140 disposée par rapport à lui en position symétrique de celle du centre de gravité 141 du palpeur 132 par rapport à son axe 133 et d'un poids égal à celui du palpeur.
Les moments de rotation dus à la force centrifuge sur le palpeur et sur sa masse d'équilibrage sont égaux et de sens contraire; la girouette est donc soustraite à cet effort d'orientation de la force centrifuge et sa direction donne exactement celle du vent relatif.
Aeromotor. One of the difficulties of the practical use of wind by aeromotors comes from the large variations, slow or fast, in the speed thereof. This in fact results in large variations in the speed and power of such aeromotors.
To remedy this, airplanes have been proposed in which the pitch of the blades which they comprise is controlled either by the centri fuge force, or by a movable adjustment surface, subjected to the pressure of the wind. In these known positive devices, the pitch is adjusted, as in adjustable pitch airplane propellers, by rotating the blades on themselves. This device is only suitable for aeromotors having propellers of relatively small diameter, for example of the order of 4 m at most.
The present invention relates to an aeromotor comprising a propeller at a speed maintained constant by the use of the action of the wind. The improvement provided by the invention allows the production of high-power aeromotors, for example comprising a propeller 50 m in diameter to supply a power of 250 CV. for a wind speed of g m / sec., with a rotation speed of 15 t / min. Such a two-bladed propeller-driven aeromotor will weigh about 11 tonnes, or tonnes per blade.
This aeromotor is characterized by the fact that each propeller blade comprises a fixed part integral with the hub and at least one movable part, the position of which is adjusted by the action of the wind.
According to a first embodiment, the blade comprises one or more leading edges which are articulated on the fixed part and with deflection controlled by a mobile surface subjected to the action of the wind: according to a second embodiment, the blade comprises one or more trailing fins articulated on the fixed part and controlled like the leading edges; finally, according to a preferred embodiment, the blade comprises, articulated on its fixed part, leading edges and trailing ailerons associated in pairs, each set of a leading edge and a rear aileron. leak being associated with a common surface subjected to the action of the wind.
The fixed central part, integral with the hub, can be produced in a very robust manner; this is what makes it possible to envisage the production of air-powered propellers of very large dimensions, as indicated above.
in the accompanying drawing, several embodiments of the object of the invention have been illustrated by way of example.
Figs. 1 and \? schematically show, in two different positions, in perspective with cross-section through the blade, a wind-powered propeller blade provided with a leading edge and an articulated trailing flap, this blade being seen in a horizontal position. Fig. 3 shows, in perspective, the end of a blade provided with an improved device which will be described below.
Figs. 4, 5 and 6 show, in transverse vertical section, a propeller blade in a horizontal position with its leading edge and its trailing fin, respectively in three positions corresponding to different values of the wind speed. These figures show with its real thickness the blade shown schematically without thickness in fig. 1 and 2.
Figs. 7, Ibis and 8 schematically represent two variants of the device for controlling the moving parts of the blade.
Fig. 9 shows the curves representing the different values that the angle of attack of the blade must have at the different points of its radius R.
Fig. 10 schematically represents a multiplier gear train making it possible to drive an electric generator by a low-speed aeromotor.
Figs. 11 to 27 are explanatory diagrams, the description of which will be given in the course of what follows. FIGS. 28 and 30 relate to an improvement to suppress the disturbing effect of the centrifugal force on the wind sensor.
According to the device shown in FIG. 1 and 2, each blade of the propeller with horizontal axis, hub M, consists of a fixed middle part 1-2 on which is articulated, at the front, in 1, a movable leading edge 1-3 and, at the rear, on a pin 4 supported by a plate 4 ', a trailing flap 5-6. A regulator plane 7 normal to the wind is mounted on a rod 8-9-18 guided in bearings 10-11 carried by a plate 7 'integral with the fixed middle part 1-2 of the blade.
A point 9 of this rod is connected by a rod 9-12 to the trailing edge 5-6. The latter is maintained in its deflected position by a spring 13-14 whose attachment point 14 fixed to the plate 7 'is integral with the fixed middle part 1-2 of the blade. At a point 15 of the plate 7 'integral with the fixed median part 1 - 2 of the blade is pivoted a bell lever 16-17 whose end 16 is connected to the front of the mobile leading edge 1 -3 by a connecting rod 16-3 and the other end 17 of which is on the path traveled by the regulator plane 7 when the latter moves backwards under the pressure of the wind represented by the arrow T.
If necessary, the steering control of the articulated edges 1, 3-5, 6 by the plane 7 can be carried out with an intermediate servo motor. The operation of this device is as follows. When the wind is weak, the components are in the position shown in FIG. 1. The angle A of the wind direction with the line which joins the front edge and the rear edge of the blade is maximum; the thrust received by the blade for a given wind speed is maximum. When the wind speed increases, the pressure on the regulating plane 7 increases and the latter moves in the direction of the wind.
This displacement has. for effect, first of all to raise the trailing edge 5-6, so as to reduce the angle of attack A, then, from a certain moment, when the regulating plane 7 reaches the end 17 of the doorbell lever rotated at 15, the link 16-3 also raises the leading edge 1-3.
By a suitable choice of the surfaces of the fixed middle part 1 - 2 of the blade, its leading edge and its trailing edge, the location of the pivot points of these and the links with the regular plane. teur, it is possible to achieve a continuous variation of the angle of attack according to the wind speed, which will make it possible to obtain a substantially constant speed and power for the aeromotor.
The pitch of the propeller must be adapted at each of its points not only to the wind speed, but also to the circumferential speed of the propeller at that point, because it is the result of these two speeds ( relative wind) which determines the speed of the aeromotor. In an airplane propeller of small diameter, it is assumed that it suffices to adapt exactly the pitch at one point of the blade which is located three quarters of the radius from the hub.
On the other hand, in a 50 m diameter propeller, the differences in the circumferential speeds of the different points of the blade reach values such as by adapting the pitch of the propeller at a single point, a part of the blade. The propeller will have an accelerating effect, while the other part will exert a very pronounced braking effect. This clearly results from FIG. 9, the curves of which C1 and C2 represent, respectively, for wind speeds of 8 m / sec. and 20 ni / sec., the values which the angle of attack A of the propeller (abscissa) must have at the various points of its radius R (ordinates).
The propeller being built without articulated edges following the curve C1 corresponding to a wind speed of 8 m / sec., If we want to adapt it, by rotating its blades on themselves, at a wind speed of 20 n / ', sec., we obtain, by performing the adaptation exactly for the point M located at ¹ of the radius, the curve C'1, parallel to l1 and passing through M. Indeed, make the blade turn on it- even reviept to increase (or decrease) uniformly its angle of attack at all its points, that is to say to move the curve C1 parallel to itself.
If therefore we want the adaptation to be rigorous for point M, we rotate the blade by an angle such that it corresponds to the displacement of curve C1 in position C''1 where it intersects curve C2 at point M whose ordinate corresponds to the value R = 18.5 m, i.e. three quarters of a radius of 25 m. It can then be seen that the part of the propeller located beyond M tends to accelerate the propeller and the part located below M tends to brake it.
The propeller angle of attack setting should be different for propeller bridges that are more or less far from the hub. For this purpose, the leading nose and the trailing aileron of each air motor blade are divided (fig. 3) into a number of independent sections 23-24-25-26 ... 19-20 -21-22 ... each having for example a length (the im, and each provided with a device (the separate adjustment. If, under these conditions, we consider on the curve C1 the sections C3, C4, C5, C6 corresponding to these 5 m sections, it will be understood that the individual adjustment of the angle of attack of these sections amounts to an individual displacement, parallel to themselves, of these sections of curve.
If the setting is determined so that the adaptation of the angle of attack is rigorous for the midpoints m, m ', m' ', m' '' of these sections, we obtain for a wind speed of 20 m / sec. the curves C''3, C'4, C''5, C''6 which deviate have little relation to the curve C'2 passing through the points <I> in, </I> 7n ', <I> m. ", M" '</I> which corresponds to a rigorous adaptation at all points of the blade.
It is. interesting to be able to change the value of the constant speed and power delivered by the propeller; for that, it suffices to modify one of the elements from which results the adjustment of the deflection of the articulated edges. For example, the regulator plane I can be tilted more or less to the direction of the wind; in this case, we will preferably take two equal planes with opposite inclinations; or a louvered plan where half of the louvers will tilt in one direction and the other half in the other.
The same result is obtained by the introduction of cams in the steering control, the change of cam modifies the effect. of the transmission on the steering wheel.
According to a particular embodiment of the object; of the invention, the wind pressure on the regulator plane 7 can also be used. control by a transmission, mechanical or electrical, the orientation of the support. of the aeromotor in relation to. the direction of the wind, which makes it possible to vary the useful surface.
Certain improvements will now be described which are intended in particular to facilitate the starting of the aeromotor in light winds, to allow better adaptation of the pitch of the propeller blades to variations which allows maximum power, etc.
It is useful to first recall the following notions of aerodynamics A wind of relative speed V, with respect to a surface S that it hits at an angle i, called the angle of incidence or angle of attack, exerts on this surface a thrust P which is the product of S and the square V2 of the speed by the unit thrust, which is determined by certain coefficients which are themselves a function of i. It is customary to decompose (fig. 11) the unit thrust into a component called lift perpendicular to the wind V, and a component called drag located in the extension of V.
The coefficient of lift which is conventionally given priority by
EMI0004.0006
is practically proportional to i over a wide range, for example 0 to 15 or 20 or even a little more. The curve representing the variation of the lift coefficient as a key function of the drag coefficient (itself expressed by
EMI0004.0009
curve which is called polar, has the shape shown in fig. 12, and which - notable feature - includes a maximum for angles of the order of fifteen or twenty degrees.
A given wing profile A (fig. 11) which, instead of being limited to a simple surface S, is a body of a certain thickness, is thus characterized by its polar. We see that the lift is zero when the relative wind is parallel to a certain direction or chord ab specific to the profile considered, positive when the wind hits the wing below this chord, and negative when it hits it from above. .
Of course, if the profile itself is in motion as is the case for a rotating aeromotor blade, the direction and speed of the air streams acting on it are (fig. 13) those of the wind. relative W with respect to this moving blade. (Fig. 13 shows the horizontal section of a blade having the hub axis X-X and assumed to be in a vertical position; this section being made at the distance r from the axis).
For example, for a blade section located at the distance r from the shaft XX around which it rotates at a rate of n revolutions / second, therefore with the circumferential speed 2n # r, while the wind is blowing at the speed V parallel to shaft XX, the relative speed is the hypo tenus W of the right triangle formed on the sides V and 2n # r, and the angle of incidence with respect to the chord of zero lift ab is i.
The relative wind therefore varies in magnitude and direction: in magnitude from V at the hub to
EMI0004.0013
at the end of the blade (R being the extreme radius), and in the direction from the direction of the shaft of the mill to around the perpendicular to this shaft.
This explains the twisted shape that the blade must have in order to be screwed correctly in the air, which acts in relation to it as a nut driven, without rotation, with a forward speed V along its axis, tan say that the blade turns, relatively to the wind, without moving forward and this also explains that, to be correct, this torsion should be adapted to each particular momentary value of the wind, and in all the sections of the blade.
As visible in fig. 4, each propeller blade already exposed in fig. 1 and consists of a central part 101 rigidly fixed to the hub and having in each region of the length of the blade the optimum angle of attack established for a given wind speed, for example 5 m / sec., as well as a leading nose 102 and a trailing fin 103, articulated on supports 104, 105, integral with the central part 101. These movable parts 102 and 103 of the blade are.
controlled by a movable adjustment surface 106, subjected to the pressure of the wind and which is, for example, pivoted at 107 on the support 104. This surface acts through the intermediary of a lever 108, which is integral with it , and of a connecting rod 109, on the leading nose 102, which transmits the movement by a connecting rod 110 to the trailing fin 103.
A return spring 111 fixed on the connecting rod 110, on the one hand, and on the fixed central part 101 of the blade, on the other hand, tends to bring the moving parts 102 and 103 into the zero wind position shown in FIG. . 4, that is to say the beak 10l2 pointed forward (into the wind) and the aileron (the flight 103 rearward (in the opposite direction of the beak.) Under these conditions, we see that when the wind is zero or weak (fig. 4), the ailerons 102 and 103 receive, under the action of the return spring 111, a maximum deflection, one forward, the other backward, relative to the central part 101.
In order to further increase the useful force, in particular in light winds, and mainly at start-up, the leading edge 102 may be provided with a slot 112, having the shape of the gap between two turbine blades, which creates when the wind rushes in a strong depression on the dorsal face of the profile, which is a known means of determining a very important Cz component.
When the wind speed increases, the displacement of the movable surface 106 against the action of the spring 111 causes the ailerons 102 and 103 to pivot in the direction of the arrows f, f 'which come to be placed in the extension of the central part 101 when the wind speed reaches the base speed, eg 5 m / sec. (position shown in fig. 5).
When the wind speed exceeds the speed (the base to which the angle of attack of the blade is adapted, the action of the wind on the movable surface 106 causes a rearward deflection of the leading nose 102 and a deflection forward (the trailing aileron 103 (fig. (6).
If we examine what is happening in more detail, we see the following: At a speed of n revolutions / second, the relative speed W deviates from the shaft at an angle a which, for the same wind V, is all the greater (fig. 14 and fig. 15), the greater the speed n itself, and the greater the radius or distance to the hub r of the blade section considered is also greater. If, on the other hand, the wind V varies, the angle a varies in the opposite direction, that is to say is all the smaller as Y is larger.
And, finally, the construction setting (a -I- i), for a blade section considered, at the distance r from the hub and by a determined wind V, is all the greater than (a once chosen ) not. and r are larger and V smaller; ultimately, wedging all the greater than the classic expression
EMI0005.0010
(d designating the diameter of the propeller at the point considered) is smaller.
In fact
EMI0005.0011
In particular, at start-up, n being zero, so also <I> a, </I> and this at any distance <I> r </I> from the hub, it would be rational, to have a wedging (# .c .'- i) low and of the same order of magnitude for all the sections, i.e. it would be rational to lay the sections on the <I> X- X </I> tree and, preferably, to lay them at approximately the same angle at all distances from the hub.
On the contrary, in full swing, it would be rational to be able to give a wedging (a + i) noticeably stronger everywhere, and increasingly stronger as the sections themselves are further away from the hub.
I # utrernly said, the complete and universal solution would be, having inclined by construction the various sections of small angles suitable for starting, to twist the blade in motion, this torsion being all the more accentuated as the operating speed. is faster, that the distance of the considered section to the tree is greater and that the current wind weaker, in a word than the argument
EMI0005.0018
is lower.
("is to say that a rigid and rigidly fixed blade can only be badly adapted everywhere except perhaps, by chance, in a single section as soon as the current argument
EMI0005.0020
differs from the basic argument, and that's still saying a blade. rigid, but subject to a certain rotation everything. of a block in its hub, will be able to receive a momentary adaptation which will be correct for a section chosen at best, but for that one alone, the adaptation of the other sections being then only approximate, and even, should we say, roughly approached, by default towards the hub, and by excess towards the tip of the blade.
The ideal solution would be to decompose the blade into an infinite number of sections, each of which has the appropriate individual orientation. But this solution being impracticable, we approach it by using two artifices 1 The blade is constructed in a few orientable sections, each capable of individual adaptation suitable for its average section (for example for a 25 m blade, a first 0 to 5 m slice, rigid and undeformable, slice which is practically inactive even in good adaptation, then a second 5 to 10 m adaptable to the section located at 7.5 m, a third from 10 to 15 m adaptable to the section located at 12.5 m, etc.).
In this way, the incorrect adaptation of the sections of each section other than the average section being very small, the adaptation of the assembly will be very close to the correct general adaptation.
2 Instead of claiming to print each entire slice a rotation of its entire section, in accordance with the arrangement described, the central part is fixed and rigid, and the front part (the mouthpiece) and the rear part are applied (the aileron), which are supported on this solid central part, the reverse rotations which are controlled by the adjustment surfaces 106, and the effects of which are detailed below At start-up, the direction of the relative speed W of the wind merges with the speed V (fig. 16).
Its incidence i on the zero lift chord ab of the pure profile, that is to say without deflection, would then be considerable and would notably exceed the incidence of maximum lift, so that the lift component Cz which merges into this moment with the force of rotation, would be very weak, from where the impossibility or at least the extreme difficulty to start.
On the contrary, the double deflection of the beak and the aileron (fig. 17) has the effect of inclining appreciably on the wind (confused with the shaft of the mill) the zero lift rope now oriented along a'-b ' , and, consequently, it decreases by as much the incidence, which becomes <I> i ', </I> appreciably less than <I> i, </I> from which it follows that i' exceeding l The maximum lift angle significantly less than i, or even crowning, below this. maximum lift angle, the component becomes Cz 'much stronger than Cz, and, for the same setting of the central part, thus constitutes.
a much more active rotational force than the previous one.
We can thus see the extreme usefulness for starting the deformation of the profile by the double steering. It should be noted in passing. that it is the root of the blade, that is to say the region closest to the shaft, which provides the most effective partial rotational forces for starting, due to the reduction in incidence i 'at values which are not too excessive (in fact less than the angle i' in fig. 17), while the neighboring portions of the tip of the blade provide partial rotational forces practically nonexistent due to the excessive magnitude of incidence ï "(fig. <B> 18)
</B> still far too strong despite the double steering.
This explanation given on the occasion of the start-up shows that the double deflection of the nose and the aileron on the central part which has remained fixed is equivalent to a fictitious rotation of the entire profile. which would be equal to (i-i '), rotation whose magnitude can be judged by the comparison of fig. 16 and 17 which relate to the same wedging of the fixed central part.
Then, once the mill has started, the speed of rotation intervenes to modify in magnitude and direction the relative speed <B> IF </B> and to reduce the incidence i to a value which will now be able to fall below the maximum lift incidence. Then Cz and Cx (fig. 19 and fig. 20) provide opposite rotational combinations M and N, of which the difference (M- N), which is the rotational force, reaches an important value.
Under the effect of this force, the mill accelerates its rotation up to a certain speed n where it stabilizes as long as the wind itself remains constant. There is a link (note that the construction characteristics will have been established with a view to a precise result, for example with a view to obtaining, for this normal regime, the maximum power, which corresponds to a predetermined angle i , specific to the section considered and can be quite strong, but nevertheless less than the maximum lift angle.
If then, once this normal regime has been reached, the wind increases (fig. 21), the relative speed which was hitherto W will become W 'further away from the current chord of zero lift ab, which will tend to cause a increase from i to i '. If, which can happen in certain cases, i 'exceeded the maximum lift inci dence, Cz would thus tend to decrease by then opposing an acceleration of the speed, therefore by exercising partial self-regulation for those of the sections which would have such a significant impact.
At the same time, it is true, even with the speed maintained, the relative speed w ', already increased by the simple fact of the increase in V, will exert on the adjustment surface 106 a stronger action and, consequently, ten dra to bring the nozzle into the wind (and concurrently the aileron in the opposite direction), therefore to reduce the angle of incidence between i 'and i. This compensation of the previous tendency to increase (the i thus has the happy effect (the tempering the brutality of action resulting from a possible sudden variation of the wind.
But this intermediate stage, which perhaps will not even be carried out, will give way (in the event that the increase in wind speed is lasting, at least temporary, instead of being instantaneous) - the place to a step stabilized by the new value of wind V ''. This stabilized step corresponding to a power supplied by the wind proportional to V'3 instead of 3, the mill (if it operates a machine with substantially constant torque) will tend to run up to a new speed n ', such as the report -
EMI0007.0006
will be (the order of
EMI0007.0007
which implies that the relative increase in the speed of rotation will be greater than the relative increase in the speed of the wind (of the order of three times).
Consequently, the new stabilized incidence i '' will be lower not only than the intermediate incidence i ', but even than the initial incidence i.
We can thus see that an increase in the wind will first have the effect of a moderate tendency to increase the incidence, intended to transform into a tendency to reduce the incidence, a reduction in incidence itself. even concomitant with an acceleration of the regime. These alternations will have the ancillary effect of damping the final tendency to speed up which, aided moreover by the inertia of the mass of the blades of the mill, will give ample time for the adjustment device to act on the speed. turning of the nose and the aileron to the position adapted to the correct angle 1 which will correspond to maintaining speed n.
We can cite, by way of indication, the example of a mill suitable for wind of s m / sec. at a rate of <I> 'he, </I> of revolutions / sec. with incidence of tu radius r = 20 m. If the will rises to 9 m / sec., It will momentarily tend to an incidence of approximately 8 4i ', then to reach a power 1.42 times the previous one at a speed of 0.367 / sec. with an incidence of approximately 3.i '. The initial power and speed will be maintained by reducing the incidence to about 6, ie an increase of a little more than - ', by turning the nose back and the aileron forward.
With the profile of this example, the deflection of the aileron would be of the order (the .ï '(fi (r:.' 0). The maneuver carrying out this deflection is immediately understood by fig. 24 where the solid lines represent the initial positions (wind V) and the dotted lines the final positions (wind V 'stronger).
Of course, maintaining the speed in increased wind implies sacrificing the excess power included in this stronger wind.
The operation of the system in the event of a drop in the wind could be explained in a very similar way. However, if the efficiency under normal conditions with base wind V is optimum, it will necessarily be impossible to maintain it when the wind weakens, since then the energy supplied, and therefore also the energy returned, is lower than the previous one. In order to be able to maintain the speed, it will be necessary to have agreed to a lower efficiency for the base wind V than for the weakest wind V '.
In this case, the angle of attack will be corrected in the opposite direction to the correction for increased wind, i.e. by lowering the nozzle forward, a movement which will result from the softening of the wind pressure on the plate 106.
By means of appropriate adjustments, modifying if necessary the proportions of the lengths of the various parts of the linkage or their mutual angles, these steering clearances would allow other results which may possibly be sought, for example certain variations in speed linked to wind variations by predetermined relationships, in particular the partial or total exploitation of the surplus power available when the wind exceeds the base speed. If necessary, cams could be inserted in the system of the linkage, making it easier or stricter to achieve the relationships fixed in advance. These results can also be measured or even reversed by modifying the moment of the action of the wind on the control plate 106, capable for this purpose of pivoting on its axis 129.
Fig. 25 shows the full-face plate acting to push the rods 108 and 109 to raise the spout back. Fig. 26 the watch in neutralization position where it has no action. Fig. 27 shows right through acting to pull rods 108 and 109 to lower the spout forward.
The various positions of the plate 106 could moreover be controlled at will from a station outside the mill blade, for example a station on land, by means of appropriate references.
The embodiment described above for the control of the articulated parts 102 and 103 of the blade by the movable adjustment surface 106 can be further improved, either as has just been explained by means of FIGS. 25, 26, 27, or by means making it possible to adjust the setting of the movable surface 106 relative to the lever 108, which modifies the length of the linkage and modifies, for a given wind, the values of the steering angles the leading edge 102 and the aileron 103, or by devices inspired by these two modes of means.
Following fig. 7, this result is obtained by arti culant the surface 106 on the connecting rod 109 by an elbow lever 113, 113 '', the arm 113 'of which can be secured by means of a pin 11.1 with an arm 115 secured to the surface <B> 1.06 </B> and having several holes 116 for this pin. Depending on whether one or the other hole is used, the wedging angle of the surface 106 relative to the transmission is modified. This device can also be replaced by an adjustable tensioner, shown in fig. Ibis, mounted between the surface 106 and the point. of articulation of lever 113 'with connecting rod 109.
In the example described, the command is. continuous, that is to say that for the same direction of movement of the movable surface 106, the deflection of the movable parts 102 and 103 always varies in the same direction. It may however be advantageous in certain cases, for example when the angle of attack is around the maximum lift angle, for the steering direction to be reversed.
This result is obtained by a suitable wedging of the surface 106 with respect to the transmission 108, 109, as can be seen in FIG. 8, in which, for an increase in the wind beyond the value corresponding to the position 106 ', 108', 109 ', 102', the variation of the steering angle of the nose 102 (and of the aileron 103 ) changes direction after reaching a limit position 102 '.
A final improvement relates to a set of two propellers, identical or not, rotating in the opposite direction and a multiplier gear making it possible to drive with such a wind motor at low rotational speed (for example 15 rpm) an electric generator of the type normal turning for example at 1500 rpm. by thus achieving a very high multiplication using a device with a weight and a small enough size to be admissible. For this purpose, two coaxial propellers are used rotating in the opposite direction to each other and respectively driving two members of an epicyclic multiplier gear train whose driven member is coupled to the generator.
According to the embodiment shown in FIG. 10, the two propellers drive in the opposite direction two crowns 117, 118 mounted idly on the output shaft, or driven shaft 119, of the gear. The crown 118 is integral with a drum 120 which carries one or more planet wheels 121 which are engaged, on the one hand, with an internal toothing 122 of the crown 117 and, on the other hand, with a pinion 123 wedged on the driven shaft 119. Tapered outer teeth 124, 125 of the rings 117, 118 are preferably both engaged with a compensating pinion 126 mounted idle on a fixed journal <B> 127 </B> mounted on the housing 128 , provision which has the effect of making rigorously equal and opposite the rotational speeds of these two rings driven by the propellers.
This set of two propellers rotating in the opposite direction automatically orientates under the action of the wind.
One can achieve, for example, with practical dimensions, a multiplication of 30 to 35 by this system, at the same time that one can reduce to a third the forces on the teeth by placing three satellites. A final additional gear is then sufficient to achieve the multiplication
EMI0009.0003
and this in excellent practical conditions.
A final improvement. aims to eliminate the harmful effects of centrifugal force on the wind sensing device. Indeed, the position taken by the latter depends not only on the action of the wind on it, but also on that of the centrifugal force .
This improvement consists in canceling the action of centrifugal force on the probe by associating it with a mobile mass equal to its own and receiving a centrifugal force equal and opposite to that received by the probe itself. Thus the centrifugal force and the compensating force will cancel each other out on the probe.
According to the embodiment of this improvement shown in FIG. 28 to 30, the fixed blade portion 130, integral with the hub, is provided with an articulated trailing edge element 131. The deflection of this trailing edge is controlled by a relative wind sensor 132 constituted by a left surface aileron mounted as a weather vane on an axis 133, held in front of the leading edge and parallel to its mean direction, by two amounts 134-135.
It is seen in fig. 29, which is a schematic section, transverse to the blade 130, by the plane XXIX of FIG. 28, that the gi wheel 132 makes an angle i with the direction IH of zero lift. It is this angle <I> i </I> which is the angle of attack of the relative wind: its variations, or values which are related to them, for example the variations of the angle at which the vane turns, are employed to control the turning of the trailing edge 131 par. any appropriate transmission, direct, or interposed. power servomotor, possibly with interposition of interchangeable cams to modify the steering law.
However, for the control to be correct, the orientation of the wind vane 132 must not depend on the orientation force due to the centrifugal force because the axis 133, parallel to the leading edge of the blade 130 is not exactly perpendicular to the hub of the propeller. To remedy this, there is posed (fig. 30), for example inside the blade 130, a second axis 136 parallel to that 133 of the wind vane; these two axes bear two fingers, or two parallel sectors, 137, 138, joined by a cable 139; the axis 136 carries a mass 140 disposed relative to it in a position symmetrical to that of the center of gravity 141 of the probe 132 relative to its axis 133 and of a weight equal to that of the probe.
The moments of rotation due to the centrifugal force on the probe and on its balancing mass are equal and in the opposite direction; the vane is therefore subtracted from this orientation force of the centrifugal force and its direction gives exactly that of the relative wind.