Unité de propulsion marine à jet La présente invention a pour objet une unité de pro pulsion marine à jet, comprenant un organe d'entraî nement de l'eau à écoulement axial commandé par le moteur et tournant dans un conduit pour fournir le jet de poussée.
De telles unités de propulsion marines à jet créent d'habitude leur poussée par le fait que l'organe d'entraî nement maintient une pression d'eau dans un carter ou conduit arrière d'où elle jaillit sous forme d'un jet à grande vitesse. On a trouvé qu'en augmentant la vitesse de l'entrée à la sortie par un tel système sous pression on a pour résultat une perte de rendement qui ne se pro duirait pas si l'augmentation requise de la vitesse d'entrée à la vitesse de sortie. était obtenue sans que l'on ait re cours à la mise sous pression. En outre un tel système sous pression est plus sujet à la cavitation ou aux coups de bélier que ne le serait un système sans mise sous pression.
La présente invention vise à remédier à ces incon vénients et l'unité de propulsion marine qui en fait l'objet est caractérisée en ce que le conduit de l'organe d'entraînement comprend une section tronconique entou rant l'organe d'entraînement, le diamètre de la section tronconique diminuant dans la direction allant des bords d'entrée aux bords de fuite des aubes de l'organe d'en traînement, au moins une section d'entrée, s'étendant vers l'avant par rapport au sens de l'écoulement à partir de la section tronconique, le diamètre de la section d'en trée augmentant plus rapidement que celui de la section tronconique et uniformément à partir de la section tron conique, et une section de sortie de section transversale uniforme s'étendant en arrière à partir de la section tronconique,
la longueur de chacune desdites sections n'étant pas plus grande que celle de la section tron conique, et le moyeu de l'organe d'entraînement aug mentant de diamètre du bord d'entrée au bord de fuite des aubes s'étendant du moyeu. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe schématique d'une unité de propulsion marine à jet, montée dans une em barcation de manière à fournir un jet de propulsion dirigé horizontalement et vers l'arrière, la fig. 2 est une vue en élévation de côté en coupe de l'unité représentée à la fig. 1, montée dans un carter à l'intérieur du fond du bateau, et ayant attachés à celle-ci des moyens de réglage du jet, la fig. 3 est une vue en plan des moyens de réglage du jet montrés à la fig. 2,
la fig. 4 est une vue de l'extrémité amont des moyens de réglage montrés à la fig. 2 détachés de l'unité de propulsion et vus en direction de la flèche V de la fig. 2, la fig. 5 est une vue latérale en coupe d'une autre forme d'exécution de moyens de réglage du jet, con venant pour être utilisée avec l'unité de propulsion représentée à la fig 1 ; La fig. 6 est une vue de bout de l'extrémité de sortie des moyens de réglage représentés à la fig. 5 ;
la fig. 7 est une vue en élévation latérale, partie en coupe d'une autre forme d'exécution d'une unité de propulsion à jet montée verticalement à l'intérieur du fond d'un bateau dans un carter pourvu de moyens de réglage du jet; la fig. 8 est une vue en élévation latérale en coupe d'une autre forme de carter pourvue de moyens de ré glage du jet.
Se référant à la fig. 1, l'unité de propulsion à jet com prend un organe d'entraînement à écoulement axial 10 claveté sur un arbre 11 entraîné par un moteur (non re présenté). L'arbre de l'organe d'entraînement est en fermé à l'intérieur d'un conduit 12 se terminant par le cône de jet. Le cône de jet comprend une section tron conique 13, de longueur Ll, et à l'intérieur de laquelle l'organe d'entraînement 10 peut tourner<B>;</B> une section d'entrée 14, de longueur L2 et s'étendant vers l'amont de la section 13, et une section de sortie cylindrique 15, que dans la suite on désignera par l'expression buse, et de longueur L3 s'étendant vers l'aval de la section tron conique 13.
Dans la description et dans les revendi cations, les expressions amont et aval doivent être com prises comme se référant à la direction normale de l'écoulement d'eau à travers le conduit provoqué par l'organe d'entraînement. Les aubes de l'organe d'entraî nement 10, dont l'une est montrée schématiquement en 16 sont attachées à un moyeu 17, dont le diamètre et l'aire transversale augmentent de l'extrémité amont à l'extrémité aval.
Nous avons découvert qu'en choisissant la configu ration et les dimensions de l'organe et dû conduit d'or gane d'entraînement dans des limites définies de près, le rendement total de l'unité peut être substantielle ment augmenté tandis qu'en même temps on peut éviter la cavitation et les coups de bélier. Dans le tableau I reproduit ci-dessous, nous avons indiqué les gammes préférées et la valeur optimum dans chaque gamme.
EMI0002.0004
Tableau <SEP> 1
<tb> Gamme <SEP> Valeur
<tb> préférée <SEP> optimum
<tb> Diamètre <SEP> interne <SEP> minimum
<tb> (D) <SEP> du <SEP> conduit <SEP> d'organe
<tb> d'entraînement <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> - <SEP> Longueur <SEP> (L1) <SEP> de <SEP> la
<tb> section <SEP> tronconique <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0.20 <SEP> - <SEP> 0.45 <SEP> D <SEP> 0.35 <SEP> D
<tb> Longueur <SEP> (L2) <SEP> de <SEP> la
<tb> section <SEP> d'entrée <SEP> . <SEP> , <SEP> . <SEP> . <SEP> 0.10 <SEP> - <SEP> 0.25 <SEP> D <SEP> 0.15 <SEP> D
<tb> Longueur <SEP> (L3) <SEP> de <SEP> la
<tb> section <SEP> de <SEP> sortie <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0.15 <SEP> - <SEP> 0.25 <SEP> D <SEP> 0.20 <SEP> D
<tb> Longueur <SEP> (L4) <SEP> du <SEP> moyeu
<tb> d'organe <SEP> d'entraînement <SEP> .
<SEP> 0.25 <SEP> - <SEP> 0.45 <SEP> D <SEP> 0.35 <SEP> D
<tb> Angle <SEP> (P) <SEP> de <SEP> conicité <SEP> de
<tb> la <SEP> section <SEP> d'entrée <SEP> par
<tb> rapport <SEP> à <SEP> l'axe <SEP> longitudinal
<tb> du <SEP> conduit <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> <B>250-350</B> <SEP> 30o
<tb> Angle <SEP> (a) <SEP> de <SEP> conicité <SEP> de
<tb> la <SEP> section <SEP> tronconique <SEP> par
<tb> rapport <SEP> à <SEP> l'axe <SEP> longitudinal
<tb> du <SEP> conduit <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> <B>100-150</B> <SEP> 13o Nous avons trouvé en outre que pour les vitesses plus élevées de l'organe d'entraînement, il est avanta geux de maintenir L2 à ou près de sa valeur maximum tout en réduisant L3 à zéro - ceci aide à éviter la cavitation.
Au contraire, pour de faibles vitesses de l'organe d'entraînement, il est avantageux afin d'obte nir le rendement le plus élevé de maintenir L3 à ou près de sa valeur maximum et de diminuer L2 à zéro.
Le moyeu de l'organe d'entraînement augmente en diamètre à partir de son extrémité antérieure de telle manière qu'en profil longitudinal la surface externe du moyeu suit un arc de cercle de centre A et de rayon a, où a = de 1.05 à 1.25 D, avec un optimum = à 1.15 D, le centre A étant situé dans un plan Y passant par l'extrémité postérieure du moyeu, et perpendiculaire à l'axe longitudinal de celui-ci, et espacé dudit axe d'une distance Dl égale à D. La face de chaque aube de l'organe d'entraînement augmente de pas en proportion spécifique dépendant du diamètre augmentant du moyeu ainsi que de l'angle de conicité de la section tronconique du conduit.
Dans l'exemple représenté, la face de poussée de chaque aube en allant du bord menant au bord de fuite de celle-ci suit une courbe définie par deux arcs Bl et Cl de cercle qui se coupent, l'un de centre B et de rayon b, où b =sensiblement 0.62 P. et l'autre de centre C et de rayon c, où c = sensiblement 0.83 P.
Le centre B se trouve en un point d'une ligne Z bissectrice per pendiculaire de la ligne de référence du pas Pl et es pacé de cette dernière d'une distance BZ, où BZ = sensiblement 0.60P, et le centre C se trouve également sur la ligne Z mais est espacé de la ligne PL d'une distance CZ, où CZ = sensiblement 0.80 P, P représen tant le pas de l'organe d'entraînement.
L'unité de propulsion à jet de la présente invention peut être montée dans ou attachée à la coque de l'em barcation de toute manière convenable permettant un passage d'écoulement substantiellement sans entrave dans et hors du conduit d'organe d'entraînement. Elle peut, par exemple être montée à l'intérieur ou en avant d'un carter de réglage de l'écoulement du jet tel que celui qui sera décrit dans ce qui suit.
Là où le carter de réglage n'est pas utilisé et où l'embarcation est commandée dans les directions avant et arrière au moyen, par exemple, de gouvernails dis posés en dehors du courant du jet engendré par l'unité, le moyeu de l'organe d'entraînement peut être pourvu d'un prolongement cylindrique de diamètre égal à celui de la face arrière du moyeu et s'étendant en arrière de celle-ci sur une distance égale à la longueur de la sec tion de buse du conduit d'organe d'entraînement.
Dans l'unité de propulsion de la présente invention nous avons utilisé une section tronconique pour entou rer les aubes de l'organe d'entraînement à écoulement axial, en combinaison avec un moyeu d'un profil de courbure appropriée, du moment que cette construction simplifie considérablement la production du conduit d'organe d'entraînement en tant que carter et évite les problèmes qui seraient posés par un usinage interne du conduit pour obtenir un profil interne courbe.
Des moyens de réglage convenant pour être utilisés en combinaison avec l'unité de propulsion par jet dé crite ci-dessus, peuvent comprendre un carter tubulaire adapté pour être monté en aval de et en alignement axial avec la sortie de l'unité de propulsion par jet de manière à constituer une sortie de jet secondaire, un déflecteur de gouverne monté à l'intérieur de l'extrémité aval du carter tubulaire pour un mouvement de pivo tement autour d'un axe vertical,
des moyens de vanne montés à pivotement à l'intérieur du carter tubulaire en amont du déflecteur de gouverne pour pouvoir se déplacer entre une position pour laquelle le carter tu bulaire est substantiellement inobstrué par les moyens vanne et une position pour laquelle le passage est entiè rement obturé par les moyens vanne, et une sortie de jet auxiliaire dirigée vers l'avant communiquant avec le passage tubulaire en amont des moyens vanne, la sortie de jet auxiliaire étant mobile angulairement dans un plan horizontal.
Un exemple de moyens de réglage d'écoulement du jet va maintenant être décrit en référence à la fig. 2; dans laquelle est représentée une unité de propulsion par jet 20 du type décrit et représenté à la fig. 1; attachée à l'extrémité de sortie d'un carter d'admission générale ment tubulaire 22 monté dans un bateau, dont le fond est indiqué en B, de manière que l'orifice d'admission 24 du carter soit substantiellement à fleur du fond B et que l'orifice de sortie 26 du carter s'étende à travers le tableau arrière T et dans une direction sensiblement horizontale.
Un carter de réglage 28 comprenant des moyens de réglage de l'écoulement du jet est fixé à un faux ta bleau arrière FT s'étendant verticalement vers le bas d'un point intermédiaire du tableau arrière de manière à entourer l'orifice de sortie 26 du carter 22.
Le carter d'admission 22 fournit un passage incurvé à parois lisses substantiellement inobstrué s'étendant entre le fond et le tableau arrière du bateau et aligné avec l'axe longitudinal du bateau. Le carter 22 présente de manière connue un presse-étoupe d'arbre 30 à tra vers lequel passe l'arbre 32 de l'unité de propulsion 20, et supporte en outre des paliers de poussée 34 pour l'ar bre 32 de l'organe d'entraînement.
Le conduit 36 de l'unité de propulsion 20 est fixé à la face terminale de l'orifice de sortie du carter 22 par des boulons 38 passant à travers une bride 40 sur le conduit 36, la bride 40 étant disposée sur le conduit 36 de telle manière que la plus grande partie de la longueur du conduit 36 s'étende vers l'arrière au-delà de l'orifice de sortie 26 du carter 22.
L'orifice d'entrée du carter 22 est pourvu d'une grille ou écran perforé 42 pour empêcher l'entrée de débris flottants dans le carter d'admission, qui pour raient endommager l'unité de propulsion. Un couvercle d'inspection 44 peut être disposé dans la paroi supérieure du carter 22.
Le carter de réglage 28 est constitué par un tube à extrémités ouvertes substantiellement cylindrique cons tituant une sortie de jet secondaire dont le diamètre in terne minimum est égal à ou plus grand que le dia mètre de la sortie de l'unité de propulsion 20. Une partie d'extrémité 46 du carter 28 présente une aire de section transversale agrandie par rapport au reste du carter.
La partie d'extrémité 46 est pourvue d'une bride périphérique 48 au moyen de laquelle le carter 28 est fixé au carter d'admission 22 par exemple par des bou lons (non représentés) passant à travers la bride 48, le faux tableau arrière FT et à travers une bride circon- férentielle 50 prévue sur le carter d'admission 22 à proximité de la sortie 26 de celui-ci.
Lorsqu'elle est fixée au carter d'admission 22, la partie 46 du carter 28 entoure coaxialement la partie exposée du conduit d'organe d'entraînement 36 et forme un joint étanche à l'eau entre la sortie de l'unité de propulsion 20 et la partie de passage 52 du carter 28, à travers laquelle passe le courant du jet. La longueur de la partie d'extrémité 46 est choisie de telle façon que l'extrémité amont du passage 52 soit espacée vers l'arrière de l'extrémité aval du conduit 36 d'un petit intervalle 53, dont le but sera expliqué ci-après.
Une vanne à disque 54 est disposée à l'intérieur de la partie de passage 52, cette vanne étant mobile angu- lairement autour d'un axe horizontal 55 qui s'étend transversalement par rapport à l'axe longitudinal du passage, en passant dans le plan de la vanne à disque et par le centre de celle-ci.
La vanne à disque est dé- plaçable angulairement par un bras de levier (non repré senté) qui peut être actionné à distance par exemple de l'intérieur du bateau, entre une position pour laquelle la vanne à disque se trouve dans un plan horizontal et ne fournit pratiquement aucune obstruction à l'écoulement de liquide à travers le passage 52 et une position pour laquelle la vanne à disque se trouve subs tantiellement dans un plan vertical et ferme le passage 52 en empêchant l'écoulement de liquide à travers celui- ci.
Un conduit annulaire 56 entoure l'extrémité amont du passage 52 et relie l'intérieur du carter 28 en avant du passage 52 à une sortie 57 ménagée dans une plaque circulaire 58 montée dans une ouverture 59 formée dans le côté inférieur du carter 28. La sortie 57 que l'on appellera dans la suite le jet de marche arrière est inclinée vers le bas d'un angle d'approximativement 300 par rapport à l'horizontale, et la plaque 58 est dé- plaçable angulairement entre des limites fixes dans un plan horizontal autour d'un pivot vertical 61 passant par le centre de la plaque 58,
de telle manière que dans sa position médiane entre les limites de son déplace ment angulaire le jet de marche arrière est dirigé vers l'avant sous le bateau et que dans l'une ou l'autre de ses limites extrêmes de déplacement angulaire la sortie soit inclinée par rapport à l'axe longitudinal du bateau d'un angle par exemple égal à approximativement 35 .
La plaque 58 est reliée par un embiellage 60 à une plaque déflectrice de gouverne de marche avant 62 qui est montée à l'extrémité aval du passage 52 de manière à pouvoir se mouvoir autour d'un axe vertical entre des paliers 64 formés en une pièce avec le carter 28. La plaque 62, de profil généralement rectangulaire, est pourvue d'une partie 66 s'étendant vers l'amont de son axe de pivotement vertical, à travers la moitié infé rieure du passage 52. La partie 66 présente un bord infé rieur incurvé 68 et un bord supérieur horizontal recti ligne 70.
On comprendra que l'omission d'un prolonge ment amont correspondant de la plaque 62 dans la moi tié supérieure du passage 52 permet de déplacer la vanne disque 54 angulairement à une position horizon tale dans laquelle elle recouvre la partie amont 66 de la plaque déflectrice 62.
Dans la forme d'exécution représentée, la plaque dé flectrice 62 est reliée par un arbre 71 et un embiellage 72 (fig. 3) à un arbre vertical 74, dont les mouvements sont commandés par une barre ou par une liaison mé canique avec une roue de direction (non représentée).
Pour la propulsion en avant, la vanne disque 54 est maintenue dans sa position horizontale ou ouverte<B> </B> et la direction de l'embarcation est commandée par le déflecteur 62 en réponse aux mouvements de l'arbre 74. On notera que lorsque le déflecteur a tourné d'un angle substantiel, par exemple de 35 ,à partir de la ligne avant arrière, substantiellement trois quarts du courant du jet sont déviés par la plaque 62 tandis que le reste peut passer par-dessus la surface horizontale 70 du pro longement antérieur 66 de la plaque 62, en maintenant ainsi une certaine proportion de poussée en avant pen dant que l'embarcation est manoeuvrée par la déviation de la plus grande partie du courant du jet.
La propulsion en arrière de l'embarcation est ob tenue par la fermeture de la vanne disque 54, ce qui met le jet sous pression en avant de la vanne et a pour effet que l'efflux du jet soit dévié par le passage annu laire 56 et soit déchargé à travers la sortie de jet de marche arrière 57. La direction de l'embarcation en marche arrière est commandée par le mouvement de l'arbre 74 qui est relié à la plaque 58 par l'embiellage 72, la plaque déflectrice 62 et l'embiellage 60. Un dé placement angulaire de la sortie de jet de marche arrière 57 est ainsi accompagné par un mouvement angulaire égal et de sens opposé de la plaque déflectrice 62.
Une position<B> </B>neutre<B> </B> pour laquelle le courant du jet est réparti également entre les sorties de marche avant et de marche arrière est obtenue par un dépla cement angulaire intermédiaire convenable de la vanne disque 54.
Une autre forme d'exécution de moyens de com mande du courant du jet convenant pour être utilisée avec l'unité de propulsion de la présente invention peut comprendre un organe de renversement de la poussée du jet monté sur le tableau arrière d'un bateau pour pouvoir effectuer un mouvement de pivotement autour d'un axe horizontal entre une position inactive dans la quelle l'organe de renversement est disposé au-dessus et à l'écart de la sortie de l'unité de jet et une position active dans laquelle l'organe est situé dans la trajec toire du courant du jet déchargé par l'unité de propul sion, l'organe de renversement de la poussée présentant un profil incurvé pour faire dévier le courant du jet vers le bas et vers l'avant au-dessous du bateau,
un déflecteur de commande de direction pivotant autour d'un axe vertical monté entre la sortie de l'unité de propulsion et l'organe de renversement de marche dans sa position active, et des moyens portés par le déflec teur de commande de direction pour faire varier la dé viation angulaire du courant du jet, dévié vers l'avant par l'organe de renversement de marche, de telle ma nière que l'embarcation puisse être dirigée en marche arrière. Se référant aux fig. 5 et 6, qui représentent cette forme d'exécution, les éléments de l'unité de propul sion et du bateau qui sont semblables à ceux représen tés aux fig. 2 à 4 sont désignés par les mêmes chiffres de référence.
Les moyens de commande du jet comprennent un capuchon 80 fixé au tableau arrière FT et un organe de renversement de la poussée qui est constitué par une plaque rectangulaire courbe 82 et des plaques latérales associées 84 montées à pivotement entre des consoles 86 portées par le tableau arrière FT au-dessous du capu chon 80 pour se déplacer autour d'un axe horizontal 88.
L'organe de renversement 82 est pivotable (par des moyens non représentés) entre une position soulevée dans laquelle il est disposé à l'écart et au-dessus de la sortie de l'unité de propulsion à jet 20 et une posi tion active abaissée dans laquelle la plaque 82 dévie le courant du jet vers le bas et vers l'avant au-dessous du bateau pour fournir une poussée de marche arrière.
Une plaque déflectrice de commande de direction 90 est montée au-dessous du capuchon 80 et entre la sortie du jet et l'organe de renversement 82. Le déflec teur 90 est déplaçable autour d'un axe vertical entre des paliers 92 et est formé avec un bord de fuite courbe correspondant au profil de la plaque 82.
De chaque côté du déflecteur de commande de direc tion 90 se trouve une aube fixe 94 inclinée vers l'exté rieur et vers le bas par rapport au plan du déflecteur 90 et disposée sur celui-ci de manière à se trouver au- dessous du chemin traversé par le courant du jet lors que l'organe de renversement 82 se trouve en position inactive.
Lorsque l'organe de renversement 82 est abaissé à sa position active, le courant du jet est dévié vers le bas, en frappant l'une ou l'autre des aubes 94 suivant la position angulaire du déflecteur de commande de direction 90 qui dévient ainsi obliquement le courant du jet dévié vers le bas d'un côté ou de l'autre du ba teau, ce qui permet de diriger le bateau en marche ar rière.
Une autre forme d'exécution de moyens de com mande de l'écoulement du jet pour une unité de pro pulsion par jet est représentée à la fig. 7 et comprend un carter adapté pour être monté dans une ouverture ménagée dans le fond du bateau, une ouverture d'ad mission dans le carter contenant un organe d'entraî nement à écoulement axial, un passage d'écoulement s'étendant substantiellement horizontalement à l'inté rieur du carter en partant du côté de décharge de l'or gane d'entraînement, un orifice de sortie dirigé vers le bas communiquant avec le passage d'écoulement, et un cadre circulaire disposé dans la sortie et pouvant tourner dans un plan horizontal normal à l'axe de la sortie,
le cadre ayant fixé sur lui une ou plusieurs lames déflec trices pivotables autour d'axes horizontaux entre une première position active dans laquelle le jet dirigé vers le bas est dévié vers un plan horizontal et dans une direction normale à l'axe du déflecteur ou des déflec teurs, et une deuxième position active dans laquelle le jet est semblablement dévié vers un plan horizontal mais dans une direction opposée à la direction mentionnée en premier lieu, et par une position intermédiaire pour laquelle le jet est au moins partiellement obturé. Se réfé rant à la fig. 7, le carter indiqué sur le chiffre de réfé rence 140 est rectangulaire en plan et est pourvu d'une entrée verticale 142 communiquant avec un passage d'écoulement horizontal 144 et une sortie verticale 146.
L'entrée 142 a la forme d'un conduit tronconique et entoure l'organe d'entraînement 148 de l'unité de pro pulsion par jet, dont l'arbre d'entraînement 150 s'étend verticalement vers le haut à travers le passage d'écou lement 144 et le sommet du carter 140, étant relié de manière connue à un moteur d'entraînement 141. A l'intérieur de la sortie 146 est monté un dispositif de commande constitué par un cadre circulaire pouvant tourner 152 supportant des déflecteurs 154, dont cha cun comprend une plaque rectangulaire oblongue cour bée suivant son axe le plus court. Les déflecteurs 154 sont espacés parallèlement les uns aux autres à l'inté rieur du cadre 152 et peuvent pivoter autour d'un axe horizontal 156, au moyen d'un embiellage d'intercon nexion 158.
Le cadre rotatif 152 est fixé sur un arbre creux 160 qui s'étend vers le haut à travers le passage d'écoulement 144 et le carter 140 pour être relié par tout moyen convenable au mécanisme de commande de direction de l'embarcation.
Un câble flexible 162 passe à travers l'arbre creux 160 et est relié au déflecteur central 164. On voit ainsi qu'en faisant tourner les déflecteurs 154 autour de leur axe de pivotement 156 et en faisant tourner le cadre 152 d'un angle substantiellement égal à 90o d'un côté ou de l'autre de l'axe longitudinal du carter 140, le courant du jet peut être dévié dans toute direction désirée vers un plan horizontal, en permettant ainsi d'entraîner l'embarcation dans toute direction désirée.
Si les déflecteurs 154 sont déplacés à une position in termédiaire dans laquelle ils se trouvent dans des plans sensiblement horizontaux le courant du jet est partiel lement obturé, en fournissant une position neutre dans laquelle la poussée propulsive dans une direction est opposée par une poussée égale et opposée dans la direction opposée.
Une autre forme d'exécution des moyens de com mande de l'écoulement du jet est représentée schémati quement à la fig. 8 et comprend un organe d'entraîne ment à écoulement axial tournant autour d'un axe ver tical à l'intérieur d'un conduit d'organe d'entraînement, dont les extrémités supérieure et inférieure constituent respectivement une entrée dans et une sortie de décharge de l'organe d'entraînement, un carter d'écoulement co nique ouvert à sa base et entourant l'organe d'entraîne ment et le conduit, le carter étant espacé du conduit dr;
manière à délimiter un passage annulaire vertical à travers lequel de l'eau peut être aspirée dans l'entrée de l'organe d'entraînement pour être subséquemment déchargée vers le bas à travers ledit conduit et des moyens déflecteurs du jet montés rotativement au- dessous du conduit d'organe d'entraînement et agencés pour faire dévier le jet déchargé par celui-ci dans un plan substantiellement horizontal et dans toute direc tion désirée dans celui-ci.
La fig. 8 représente une unité de propulsion à jet montée verticalement disposée dans une ouverture mé nagée dans le fond du bateau. Un carter à fond ouvert substantiellement conique 170 entoure et supporte un organe d'entraînement 172 qui est entraîné par un arbre vertical 174 qui s'étend vers le haut à travers une plaque de montage<B>176,</B> l'arbre 174 étant relié à un moteur d'entraînement<B>177</B> monté sur la plaque 176.
L'organe d'entraînement 172 est entouré par un conduit conique 178 qui à son tour est sup porté par des longerons 180 s'étendant en travers du fond ouvert du carter<B>170.</B> L'espace entre le conduit et la paroi latérale 182 du carter forme une entrée annu laire 183 à travers laquelle l'eau peut être aspirée vers le haut par l'organe d'entraînement pour être déchargée vers le bas à travers le conduit sous forme de jet.
Un anneau rotatif 184 portant une série de lames déflectrices 186 est monté au-dessous de l'organe d'en traînement, les lames 186 étant disposées pour faire dé vier le jet jaillissant du conduit<B>178</B> d'un angle substan tiellement droit de sorte que le jet soit déchargé dans un plan horizontal dans une direction déterminée par la rotation angulaire de l'anneau 184. Un arbre<B>188</B> relié par engrenage à l'anneau 184 et s'étendant verticalement vers le haut à travers le carter 170 pour être relié à la barre ou à la roue de direction du bateau, permet de faire tourner l'anneau 184 d'un angle de 3600, ce qui permet la manoeuvre dans n'importe quelle direction.
Marine jet propulsion unit The present invention relates to a marine jet propulsion unit, comprising an axial flow water drive member controlled by the engine and rotating in a duct to supply the thrust jet. .
Such marine jet propulsion units usually create their thrust by the fact that the drive member maintains water pressure in a casing or aft duct from which it spouts out as a large jet. speed. It has been found that increasing the inlet to outlet velocity by such a pressurized system results in a loss of efficiency which would not occur if the required increase in inlet velocity to Release. was obtained without resorting to pressurization. Furthermore, such a pressurized system is more prone to cavitation or water hammer than a system without pressurization would be.
The present invention aims to remedy these drawbacks and the marine propulsion unit which is the subject thereof is characterized in that the duct of the drive member comprises a frustoconical section surrounding the drive member, the diameter of the frustoconical section decreasing in the direction going from the inlet edges to the trailing edges of the vanes of the dragging member, at least one inlet section, extending forwards with respect to the direction of flow from the frustoconical section, the diameter of the inlet section increasing faster than that of the frustoconical section and uniformly from the tapered truncated section, and an outlet section of uniform cross section s' extending back from the frustoconical section,
the length of each of said sections not being greater than that of the conical section, and the hub of the drive member increasing in diameter from the inlet edge to the trailing edge of the vanes extending from the hub . The appended drawing represents, by way of example, two embodiments of the object of the invention.
Fig. 1 is a schematic sectional view of a jet marine propulsion unit mounted in a vessel so as to provide a propulsion jet directed horizontally and rearward, FIG. 2 is a sectional side elevational view of the unit shown in FIG. 1, mounted in a casing inside the bottom of the boat, and having attached thereto means for adjusting the jet, FIG. 3 is a plan view of the jet adjustment means shown in FIG. 2,
fig. 4 is a view of the upstream end of the adjustment means shown in FIG. 2 detached from the propulsion unit and seen in the direction of arrow V in fig. 2, fig. 5 is a sectional side view of another embodiment of the jet adjusting means, suitable for use with the propulsion unit shown in FIG. 1; Fig. 6 is an end view of the outlet end of the adjustment means shown in FIG. 5;
fig. 7 is a side elevational view, part in section of another embodiment of a jet propulsion unit mounted vertically inside the bottom of a boat in a housing provided with means for adjusting the jet; fig. 8 is a side elevational view in section of another form of casing provided with means for adjusting the jet.
Referring to fig. 1, the jet propulsion unit comprises an axial flow drive member 10 keyed to a shaft 11 driven by a motor (not shown). The shaft of the drive member is closed inside a duct 12 terminating in the jet cone. The jet cone comprises a conical section 13, of length L1, and inside which the drive member 10 can rotate <B>; </B> an inlet section 14, of length L2 and extending upstream of section 13, and a cylindrical outlet section 15, which will hereinafter be designated by the expression nozzle, and of length L3 extending downstream of the conical section 13.
In the description and in the claims, the terms upstream and downstream are to be understood as referring to the normal direction of the flow of water through the conduit caused by the drive member. The vanes of the drive member 10, one of which is shown schematically at 16, are attached to a hub 17, the diameter and transverse area of which increase from the upstream end to the downstream end.
We have found that by choosing the configuration and dimensions of the organ and the drive organ duct within closely defined limits, the total efficiency of the unit can be substantially increased while in at the same time cavitation and water hammer can be avoided. In Table I reproduced below, we have indicated the preferred ranges and the optimum value in each range.
EMI0002.0004
Table <SEP> 1
<tb> Range <SEP> Value
<tb> preferred <SEP> optimum
<tb> Internal <SEP> minimum <SEP> diameter
<tb> (D) <SEP> of the <SEP> organ conduit <SEP>
<tb> workout <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> - <SEP> Length <SEP> (L1) <SEP> of <SEP> the
<tb> frustoconical <SEP> section <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 0.20 <SEP> - <SEP> 0.45 <SEP> D <SEP> 0.35 <SEP> D
<tb> Length <SEP> (L2) <SEP> of <SEP> the
<tb> <SEP> section of entry <SEP>. <SEP>, <SEP>. <SEP>. <SEP> 0.10 <SEP> - <SEP> 0.25 <SEP> D <SEP> 0.15 <SEP> D
<tb> Length <SEP> (L3) <SEP> of <SEP> the
<tb> <SEP> section of <SEP> exit <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 0.15 <SEP> - <SEP> 0.25 <SEP> D <SEP> 0.20 <SEP> D
<tb> Length <SEP> (L4) <SEP> of the <SEP> hub
<tb> drive <SEP> unit <SEP>.
<SEP> 0.25 <SEP> - <SEP> 0.45 <SEP> D <SEP> 0.35 <SEP> D
<tb> Angle <SEP> (P) <SEP> of <SEP> taper <SEP> of
<tb> the <SEP> section <SEP> of entry <SEP> by
<tb> ratio <SEP> to <SEP> longitudinal <SEP> axis
<tb> of the <SEP> conduit <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> <B> 250-350 </B> <SEP> 30o
<tb> Angle <SEP> (a) <SEP> of <SEP> taper <SEP> of
<tb> the <SEP> section <SEP> frustoconical <SEP> by
<tb> ratio <SEP> to <SEP> longitudinal <SEP> axis
<tb> of the <SEP> conduit <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> <B> 100-150 </B> <SEP> 13o We have further found that for the higher speeds of the drive unit it is advantageous to keep L2 at or near its maximum value while reducing L3 to zero - this helps to avoid cavitation.
On the contrary, for low speeds of the drive member, it is advantageous in order to obtain the highest efficiency to maintain L3 at or near its maximum value and to decrease L2 to zero.
The hub of the drive member increases in diameter from its anterior end in such a way that in longitudinal profile the outer surface of the hub follows an arc of circle with center A and radius a, where a = from 1.05 to 1.25 D, with an optimum = at 1.15 D, the center A being located in a plane Y passing through the rear end of the hub, and perpendicular to the longitudinal axis of the latter, and spaced from said axis by a distance Dl equal to D. The face of each blade of the drive member increases by pitch in specific proportion depending on the increasing diameter of the hub as well as on the taper angle of the frustoconical section of the duct.
In the example shown, the thrust face of each blade going from the edge leading to the trailing edge of the latter follows a curve defined by two arcs B1 and Cl of a circle which intersect, one with center B and radius b, where b = appreciably 0.62 P. and the other with center C and radius c, where c = appreciably 0.83 P.
The center B is located at a point of a line Z bisecting perpendicular to the reference line of the pitch Pl and is spaced from the latter by a distance BZ, where BZ = substantially 0.60P, and the center C is also located on line Z but is spaced from line PL by a distance CZ, where CZ = substantially 0.80 P, P representing the pitch of the drive member.
The jet propulsion unit of the present invention may be mounted in or attached to the hull of the ship in any convenient manner permitting substantially unimpeded flow passage in and out of the driver conduit. It can, for example, be mounted inside or in front of a casing for adjusting the flow of the jet such as that which will be described below.
Where the tuning housing is not in use and the craft is controlled in the forward and aft directions by means, for example, of rudders arranged outside the stream of the jet generated by the unit, the The drive member may be provided with a cylindrical extension of diameter equal to that of the rear face of the hub and extending rearwardly thereof over a distance equal to the length of the nozzle section of the duct d 'drive unit.
In the propulsion unit of the present invention we have used a frustoconical section to surround the vanes of the axial flow drive member, in combination with a hub of a suitable curvature profile, as long as this construction greatly simplifies the production of the driver duct as a housing and avoids the problems that would be caused by internal machining of the duct to obtain a curved internal profile.
Adjustment means suitable for use in combination with the jet propulsion unit described above may include a tubular housing adapted to be mounted downstream of and in axial alignment with the outlet of the propulsion unit by. jet so as to constitute a secondary jet outlet, a rudder deflector mounted inside the downstream end of the tubular casing for a pivoting movement about a vertical axis,
valve means mounted to pivot inside the tubular casing upstream of the rudder deflector in order to be able to move between a position for which the tubular casing is substantially unobstructed by the valve means and a position for which the passage is entirely closed by the valve means, and an auxiliary jet outlet directed forward communicating with the tubular passage upstream of the valve means, the auxiliary jet outlet being angularly movable in a horizontal plane.
An example of jet flow adjustment means will now be described with reference to FIG. 2; in which is shown a jet propulsion unit 20 of the type described and shown in FIG. 1; attached to the outlet end of a generally tubular intake housing 22 mounted in a boat, the bottom of which is indicated at B, so that the intake port 24 of the housing is substantially flush with the bottom B and that the outlet port 26 of the housing extends through the transom T and in a substantially horizontal direction.
An adjustment housing 28 comprising means for adjusting the flow of the jet is fixed to a false rear panel FT extending vertically downwards from an intermediate point of the transom so as to surround the outlet orifice 26 housing 22.
Intake housing 22 provides a substantially unobstructed, smooth-walled curved passage extending between the bottom and transom of the boat and aligned with the longitudinal axis of the boat. The housing 22 in known manner has a shaft gland 30 through which the shaft 32 of the propulsion unit 20 passes, and further supports thrust bearings 34 for the shaft 32 of the shaft. drive unit.
The duct 36 of the propulsion unit 20 is fixed to the end face of the outlet of the housing 22 by bolts 38 passing through a flange 40 on the duct 36, the flange 40 being disposed on the duct 36 of such that most of the length of duct 36 extends rearward beyond outlet port 26 of housing 22.
The crankcase inlet 22 is provided with a perforated screen or screen 42 to prevent the entry of floating debris into the inlet crankcase which could damage the propulsion unit. An inspection cover 44 may be disposed in the upper wall of the housing 22.
The adjustment housing 28 is constituted by a tube with open ends, substantially cylindrical, constituting a secondary jet outlet, the minimum internal diameter of which is equal to or greater than the diameter of the outlet of the propulsion unit 20. A end portion 46 of housing 28 has an enlarged cross-sectional area relative to the rest of the housing.
The end portion 46 is provided with a peripheral flange 48 by means of which the casing 28 is fixed to the intake casing 22, for example by bolts (not shown) passing through the flange 48, the false transom FT and through a circumferential flange 50 provided on the intake housing 22 near the outlet 26 thereof.
When attached to the intake housing 22, the portion 46 of the housing 28 coaxially surrounds the exposed portion of the drive member duct 36 and forms a watertight seal between the outlet of the propulsion unit. 20 and the passage portion 52 of the housing 28, through which the stream of the jet passes. The length of the end portion 46 is chosen such that the upstream end of the passage 52 is spaced rearwardly from the downstream end of the conduit 36 by a small gap 53, the purpose of which will be explained below. after.
A disc valve 54 is disposed within the passage portion 52, this valve being angularly movable about a horizontal axis 55 which extends transversely to the longitudinal axis of the passage, passing through. the plane of the disc valve and through the center thereof.
The disc valve can be moved angularly by a lever arm (not shown) which can be operated remotely, for example from inside the boat, between a position for which the disc valve is in a horizontal plane and provides virtually no obstruction to the flow of liquid through passage 52 and a position in which the disc valve is substantially in a vertical plane and closes passage 52 preventing the flow of liquid through it .
An annular duct 56 surrounds the upstream end of passage 52 and connects the interior of housing 28 in front of passage 52 to an outlet 57 formed in a circular plate 58 mounted in an opening 59 formed in the lower side of housing 28. The outlet 57, hereinafter referred to as the reverse jet is inclined downwardly at an angle of approximately 300 from the horizontal, and the plate 58 is angularly movable between fixed limits within a horizontal plane around a vertical pivot 61 passing through the center of the plate 58,
in such a way that in its middle position between the limits of its angular displacement the reverse jet is directed forward under the boat and that in either of its extreme limits of angular displacement the exit is inclined relative to the longitudinal axis of the boat at an angle, for example equal to approximately 35.
The plate 58 is connected by a linkage 60 to a forward rudder deflector plate 62 which is mounted at the downstream end of the passage 52 so as to be able to move about a vertical axis between bearings 64 formed in one piece. with the housing 28. The plate 62, of generally rectangular profile, is provided with a part 66 extending upstream of its vertical pivot axis, through the lower half of the passage 52. The part 66 has a curved lower edge 68 and a straight horizontal upper edge 70.
It will be understood that the omission of a corresponding upstream extension of the plate 62 in the upper half of the passage 52 makes it possible to move the disc valve 54 angularly to a horizontal position in which it covers the upstream part 66 of the deflector plate. 62.
In the embodiment shown, the deflector plate 62 is connected by a shaft 71 and a linkage 72 (fig. 3) to a vertical shaft 74, the movements of which are controlled by a bar or by a mechanical connection with a steering wheel (not shown).
For forward propulsion, the disc valve 54 is maintained in its horizontal or open position <B> </B> and the direction of the boat is controlled by the deflector 62 in response to the movements of the shaft 74. Note that when the deflector has rotated a substantial angle, for example 35, from the front back line, substantially three quarters of the jet stream is deflected by plate 62 while the remainder may pass over the horizontal surface 70 of the anterior extension 66 of the plate 62, thereby maintaining a certain proportion of forward thrust as the craft is maneuvered by deflecting most of the stream of the jet.
The rear propulsion of the boat is obtained by closing the disc valve 54, which puts the jet under pressure in front of the valve and has the effect that the efflux of the jet is diverted through the annular passage 56 and is discharged through the reverse jet outlet 57. The direction of the craft in reverse is controlled by the movement of the shaft 74 which is connected to the plate 58 by the linkage 72, the deflector plate 62 and the crankshaft 60. An angular displacement of the reverse jet outlet 57 is thus accompanied by an equal angular movement and in opposite direction of the deflector plate 62.
A <B> </B> neutral <B> </B> position in which the jet stream is distributed equally between the forward and reverse outputs is obtained by a suitable intermediate angular displacement of the disc valve 54 .
Another embodiment of jet current control means suitable for use with the propulsion unit of the present invention may include a jet thrust reverser mounted on the transom of a boat for use with the propulsion unit of the present invention. be able to perform a pivoting movement about a horizontal axis between an inactive position in which the overturning member is disposed above and away from the outlet of the jet unit and an active position in which The member is located in the path of the stream of the jet discharged by the propulsion unit, the thrust reverser member having a curved profile to deflect the stream of the jet downwards and forwards at under the boat,
a steering control deflector pivoting about a vertical axis mounted between the output of the propulsion unit and the reversing member in its active position, and means carried by the steering control deflector to make vary the angular deflection of the stream of the jet, deflected forwards by the reversing device, in such a way that the boat can be steered in reverse. Referring to fig. 5 and 6, which represent this embodiment, the elements of the propulsion unit and of the boat which are similar to those shown in FIGS. 2 to 4 are designated by the same reference numerals.
The jet control means comprise a cap 80 fixed to the transom FT and a thrust reversal member which is constituted by a curved rectangular plate 82 and associated side plates 84 pivotally mounted between consoles 86 carried by the transom. FT below capu chon 80 to move around a horizontal axis 88.
The overturning member 82 is pivotable (by means not shown) between a raised position in which it is disposed away from and above the outlet of the jet propulsion unit 20 and a lowered active position. wherein the plate 82 deflects the jet stream down and forward below the boat to provide reverse thrust.
A directional control deflector plate 90 is mounted below the cap 80 and between the jet outlet and the reversing member 82. The deflector 90 is movable about a vertical axis between bearings 92 and is formed with a curved trailing edge corresponding to the profile of the plate 82.
On each side of the directional control deflector 90 is a fixed vane 94 inclined outward and downward with respect to the plane of the deflector 90 and disposed thereon so as to lie below the path. through which the stream of the jet passes when the overturning member 82 is in the inactive position.
When the reversing member 82 is lowered to its active position, the stream of the jet is deflected downwards, striking either of the vanes 94 depending on the angular position of the directional control deflector 90 which thus deflects. the stream of the jet deflected obliquely down one side or the other of the boat, allowing the boat to be steered in reverse.
Another embodiment of the jet flow control means for a jet propulsion unit is shown in fig. 7 and comprises a housing adapted to be mounted in an opening in the bottom of the boat, an inlet opening in the housing containing an axial flow drive member, a flow passage extending substantially horizontally to inside the housing from the discharge side of the drive unit, a downwardly directed outlet port communicating with the flow passage, and a circular frame disposed in the outlet and rotatable in a horizontal plane normal to the axis of the outlet,
the frame having fixed on it one or more deflector blades pivotable about horizontal axes between a first active position in which the jet directed downwards is deflected towards a horizontal plane and in a direction normal to the axis of the deflector or deflectors, and a second active position in which the jet is similarly deflected towards a horizontal plane but in a direction opposite to the direction mentioned first, and by an intermediate position for which the jet is at least partially blocked. Referring to fig. 7, the housing indicated by reference numeral 140 is rectangular in plan and is provided with a vertical inlet 142 communicating with a horizontal flow passage 144 and a vertical outlet 146.
The inlet 142 is in the form of a frustoconical duct and surrounds the drive member 148 of the jet propulsion unit, the drive shaft 150 of which extends vertically upwards through the passage. flow 144 and the top of the housing 140, being connected in a known manner to a drive motor 141. Inside the outlet 146 is mounted a control device consisting of a circular frame which can turn 152 supporting deflectors 154, each of which includes an oblong rectangular plate with open space along its shortest axis. The deflectors 154 are spaced parallel to each other inside the frame 152 and can pivot about a horizontal axis 156, by means of an interconnection linkage 158.
The rotary frame 152 is attached to a hollow shaft 160 which extends upwardly through the flow passage 144 and the housing 140 to be connected by any suitable means to the steering control mechanism of the boat.
A flexible cable 162 passes through the hollow shaft 160 and is connected to the central deflector 164. It is thus seen by rotating the deflectors 154 about their pivot axis 156 and rotating the frame 152 at a substantially angle. equal to 90o on either side of the longitudinal axis of the housing 140, the stream of the jet can be deflected in any desired direction to a horizontal plane, thus allowing the craft to be driven in any desired direction .
If the deflectors 154 are moved to an intermediate position in which they lie in substantially horizontal planes the stream of the jet is partially obstructed, providing a neutral position in which the propellant thrust in one direction is opposed by equal thrust and opposite in the opposite direction.
Another embodiment of the means for controlling the flow of the jet is shown schematically in FIG. 8 and comprises an axial flow drive member rotating about a vertical axis inside a drive member duct, the upper and lower ends of which respectively constitute an inlet into and an outlet of. discharge from the drive member, a conical flow casing open at its base and surrounding the drive member and the conduit, the casing being spaced from the conduit dr;
so as to delimit a vertical annular passage through which water can be sucked into the inlet of the drive member to be subsequently discharged downwardly through said duct and jet deflector means rotatably mounted below of the driving member duct and arranged to deflect the jet discharged by it in a substantially horizontal plane and in any desired direction therein.
Fig. 8 shows a vertically mounted jet propulsion unit disposed in an opening in the bottom of the boat. A substantially tapered open-bottom housing 170 surrounds and supports a drive member 172 which is driven by a vertical shaft 174 which extends upwardly through a mounting plate <B> 176, </B> the shaft. 174 being connected to a drive motor <B> 177 </B> mounted on the plate 176.
The driver 172 is surrounded by a conical duct 178 which in turn is supported by side members 180 extending across the open bottom of the housing <B> 170. </B> The space between the duct and the side wall 182 of the housing forms an annular inlet 183 through which water can be drawn upwardly by the drive member to be discharged downwardly through the duct as a jet.
A rotating ring 184 carrying a series of deflector blades 186 is mounted below the driver, the blades 186 being arranged to deflect the jet spurting out of the conduit <B> 178 </B> from a substantially right angle so that the jet is discharged in a horizontal plane in a direction determined by the angular rotation of the ring 184. A shaft <B> 188 </B> geared to the ring 184 and s' extending vertically upward through the housing 170 to be connected to the helm or steering wheel of the boat, allows the ring 184 to be rotated at an angle of 3600, allowing maneuvering in any direction.