EP0547214B1

EP0547214B1 - Dispositif de propulsion de navires comportant des helices concentriques et contra-rotatives et navires equipes d'un tel dispositif

Info

Publication number: EP0547214B1
Application number: EP92915660A
Authority: EP
Inventors: André Chaneac
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-07-09
Filing date: 1992-07-08
Publication date: 1995-06-28
Anticipated expiration: 2012-07-08
Also published as: WO1993001085A3; WO1993001085A2; EP0547214A1; DE69203221D1; FR2678891A1; FR2678891B1

Abstract

Dispositif de propulsion de navires (1), comportant deux hélices (5, 6) concentriques et contra-rotatives, tournant à la même vitesse mais en sens contraire, aux pas inversés, lesdites hélices (5, 6) étant entraînées par deux arbres moteurs (3, 4), provenant soit de deux moteurs thermiques (21, 22) dont l'un tourne en sens inverse de l'autre, chacun entraînant un arbre moteur, soit d'un moteur à cames (2) comportant deux arbres moteurs (3, 4) concentriques, tournant à la même vitesse mais en sens inverse, un tel entraînement permettant de supprimer tout couple de réaction du navire (1) autour de l'axe des hélices (5, 6), les couples de rotation des hélices (5, 6) étant nuls ainsi que ceux du ou des deux moteurs. Il se caractérise en ce que les hélices concentriques et contra-rotatives (5, 6) sont placées à l'intérieur d'une carène cylindrique permettant d'éviter la cavitation et la formation de tourbillons engendrés par chaque hélice, et qui est agencée de telle façon que les parois de sortie de cette carène (7) constituent un inverseur de poussée en fermant la sortie d'eau et en s'ouvrant en deux ou en corolle pour inverser le sens de débit d'eau et constituer l'inverseur de marche.

Description

La présente invention a trait à un nouveau type de dispositif de propulsion d'un navire (terme pris au sens large et désignant aussi bien des navires de surface que les sous-marins) ; elle a trait également à un nouveau type de navire équipé d'un tel dispositif de propulsion.
La propulsion des navires et des sous-marins est, à ce jour, en général assurée par des hélices classiques dont le principal défaut est une perte de rendement par suite des tourbillons qui sont créés par la rotation de celles-ci. Il en est de même de la forme des sous-marins et des navires créant des remous et des vagues engendrant des pertes de rendement. De plus, les couples de réaction induits par le moteur et l'hélice créent des difficultés de pilotage.
Certains bateaux utilisent déjà des hélices concentriques et contra-rotatives, mais le moteur n'entraîne qu'un seul arbre moteur tournant dans un sens et c'est un système de pignons et trains planétaires qui entraîne la deuxième hélice en sens contraire. Le moteur a donc un couple de réaction qui a tendance à faire tourner le bateau autour de l'axe du moteur comme dans le cas d'hélices simples et pose donc au pilote des difficultés de conduite.
Ainsi que cela ressort de la publication parue dans ""SHIPBUILDING AND SHIPPING RECORD", et plus particulièrement des figures 1, 3 et 5 de ce document, il a été proposé de réaliser un dispositif de propulsion de navires comportant deux hélices concentriques et contra-rotatives, tournant à la même vitesse mais en sens contraire, aux pas inversés, lesdites hélices étant entraînées par deux arbres moteurs, provenant soit de deux moteurs thermiques dont l'un tourne en sens inverse de l'autre, chacun entraînant un arbre moteur, soit d'un moteur à cames ayant la caractéristique de comporter deux arbres moteurs concentriques, tournant à la même vitesse mais en sens inverse, un tel entraînement permettant de supprimer tout couple de réaction du navire autour de l'axe des hélices, les couples de rotation des hélices étant nuls ainsi que ceux du ou des deux moteurs.
Les solutions proposées dans ce document présentent cependant encore des inconvénients, compte tenu du fait que les hélices engendrent des tourbillons pouvant entraîner des phénomènes de cavitation. Par ailleurs, de tels systèmes de propulsion compliquent les manoeuvres du navire (inversion du sens de marche, virement de bord ....).
Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un perfectionnement apporté à un tel système de propulsion qui permet d'en remédier les principaux inconvénients en augmentant le rendement de propulsion, en diminuant les pertes dues aux remous et aux tourbillons, en améliorant également le rendement des hélices et enfin, qui en facilite les manoeuvres.
L'invention concerne donc un perfectionnement apporté à un dispositif de propulsion de navires comportant deux hélices concentriques et contra-rotatives du type du préambule de la revendication 1 qui se caractérise essentiellement en ce que les hélices concentriques et contra-rotatives sont placées à l'intérieur d'une carène cylindrique permettant d'éviter la cavitation et la formation de tourbillons engendrés par chaque hélice et qui est agencée de telle façon que les parois de sortie de cette carène constituent un inverseur de poussée en fermant la sortie d'eau et en s'ouvrant soit en deux, soit en corolle, pour inverser le sens de débit d'eau et constituer l'inverseur de marche.
Selon des modes particuliers de réalisation conformes à l'invention :

la carène qui enveloppe les deux hélices contra-rotatives est cylindrique à la hauteur des deux hélices, puis devient carrée ou rectangle de façon à ce que les côtés horizontaux supérieur et inférieur soient fixes, solidaires de la carène, et les côtés verticaux droit et gauche soient mobiles autour d'un axe vertical, s'appuyant sur les côtés horizontaux, de façon à ce que le pilote puisse, suivant son ordre, transformer cette carène, soit en inverseur de marche, soit en un moyen de déplacement latéral du navire, soit en gouvernail par modification de l'angle de la sortie d'eau ;
les deux hélices concentriques et contra-rotatives sont placées à l'intérieur d'un conduit reliant l'avant à l'arrière du navire ou du sous-marin, de façon à améliorer la propulsion ;
lorqu'un tel dispositif est mis en oeuvre sur un sous-marin, l'avant, le centre et l'arrière dudit sous-marin ont sensiblement les mêmes dimensions, de façon à ce que l'on puisse faire circuler le débit d'eau entrainé par les hélices dans un conduit fermé par les parois du sous-marin et une enveloppe extérieure afin d'absorber le volume d'eau engendré par le déplacement du sous-marin, et limiter ainsi les turbulences de sortie.

Les avantages apportés par l'invention et d'autres caractéristiques additionnelles apparaitront cependant mieux grâce à la description qui suit, et qui est illustrée par les schémas annexés dans lesquels :

les figures 1 et 2 illustrent de manière schématique l'état de la technique antérieur, la figure 1 étant une vue en plan de deux moteurs thermiques commandant deux hélices contra-rotatives, et la figure 2 une vue en coupe longitudinale d'un navire équipé de ces hélices contra-rotatives ;
les figures 3 à 9 sont des vues schématiques d'un ensemble de propulsion de navires réalisé conformément à l'invention, et dans lesquelles :
- . la figure 3 est une vue en coupe longitudinale du navire équipé de ces hélices contra-rotatives muni d'une carène cylindrique, dont les parois de sortie d'eau, sur l'ordre du pilote, sont transformées en un inverseur de marche ;
- . la figure 4 est une vue en perspective de la carène, cylindrique à la hauteur des hélices contra-rotatives, et carrée ou rectangle en sortie de façon à constituer, soit un moyen de déplacement latéral du navire, soit un inverseur de poussée, soit un gouvernail ;
- . la figure 5 est une vue en plan des volets de la carène permettant un déplacement du navire ;
- . la figure 6 est une vue en plan des volets de carène permettant un déplacement arrière du navire ;
- . la figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'un navire muni d'un conduit joignant l'avant à l'arrière du navire ;
- . la figure 8, comme la figure 9, est une vue en coupe longitudinale de deux sous-marins avec leur conduit formé par une double enveloppe et les parois du sous-marin.

La figure 1 est une vue en plan de deux moteurs thermiques (2₁) et (2₂). On remarque que le moteur (2₂) a été tourné de 180° afin de tourner à l'envers du moteur (2₁) qui entraîne l'hélice (5) par l'arbre (3) ; le moteur (2₂) entraîne l'hélice (6) par l'arbre (4). On a figuré des pignons (34,35,36,37) pour transmettre le mouvement des moteurs aux arbres des hélices ; on pourrait prendre tout autre moyen tel que courroie, chaine (etc..). Ce montage offre l'avantage d'annuler les couples de rotation des deux moteurs à régime égal et comme les hélices contra-rotatives n'ont pas de couple de réaction, l'ensemble n'a pas de couple résultant et le navire ou le sous-marin ne subit aucun couple de rotation.
La figure 2 est une vue en coupe longitudinale du navire ou du sous-marin équipé de ces hélices contra-rotatives. On remarque le navire (1) qui est équipé d'un moteur à cames (2) entraînant deux arbres-moteurs (3) et (4) concentriques, tournant à la même vitesse mais en sens inverse, l'arbre moteur (3) entraînant l'hélice (5) et l'arbre (4) entraînant l'hélice (6). Bien entendu, les hélices (4) et (5) ont un pas inversé pour obtenir le déplacement du navire. Le rendement des hélices contra-rotatives améliore la poussée et donc la propulsion.
Les figures 3 à 9 illustrent différentes formes de réalisation et d'utilisation d'un ensemble de propulsion du type précité réalisé conformément à l'invention.
La figure 3 est une vue en coupe longitudinale du navire ou du sous-marin équipé des deux hélices contra-rotatives tournant à l'intérieur d'une carène cylindrique solidaire du navire. Nous retrouvons la figure 2 mais une carène (7) solidaire du navire (1) entoure les deux hélices (5) et (6), les parois de sortie (8) de la carène (7) constituant un inverseur de marche (bien connu en aviation), fermant la sortie de l'eau poussée par les hélices et s'ouvrant en corolle sur une partie du cylindre arrière pour laisser passer l'eau.
La figure 4 est une vue en perspective de la carène (7) cylindrique à la hauteur des hélices contra-rotatives et carrée ou rectangle en sortie de façon à constituer, soit un moyen de déplacement latéral du navire, soit un inverseur de marche. Nous retrouvons les mêmes caractéristiques que la figure 2, mais la sortie d'eau de la carène est un carré ou un rectangle, caractérisée en ce que les côtés horizontaux supérieur (9) et inférieur (10) sont fixes, solidaires de la carène (7) alors que les côtés verticaux (11) et (12) sont mobiles autour des axes verticaux (13) et (14). On verra comment ces volets commandés par le pilote du navire, vont permettre d'obtenir, soit un déplacement latéral, soit un inverseur de marche, soit même un gouvernail par modification de la direction de la sortie d'eau poussée par les hélices.
La figure 5 est une vue en plan d'une réalisation de la carène (7) représentée dans le cas où le pilote veut effectuer un déplacement latéral. Le navire (1) est muni d'une carène (7) solidaire du bateau par des tirants (15) et (16), une partie cylindrique (17) de la carène entoure les deux hélices contra-rotatives (5) et (6), elle se termine par une partie carrée ou rectangle (18), les côtés supérieur (9) et inférieur (10) sont fixes et solidaires de la carène, les côtés verticaux (11) et (12) pivotant autour d'axes verticaux (13) et (14) fixés sur les côtés fixes horizontaux. Le pilote a agi sur le vérin (19) qui est relié par un bras (21) au côté pivotant vertical (12) qui ferme la sortie d'eau (23) mais ouvre une sortie (24) perpendiculaire à la sortie (23). Le navire se déplace donc latéralement.
La figure 6 est une vue en plan des volets de la carène permettant un déplacement arrière du navire ou du sous-marin. Nous retrouvons tous les éléments de la figure 5, mais dans ce cas, le pilote agit sur les deux vérins (19) et (20) pour fermer la sortie d'eau (23) et dégager les ouvertures (24) et (25). L'eau inverse son sens et le navire ou le sous-marin part en marche arrière. Les volets pivotants (11) et (12) peuvent servir de gouvernail lorsque le pilote agit sur les vérins (19) ou (20) en modifiant la direction de la poussée des hélices (5) et (6), par le déplacement d'un seul volet. Il s'ensuit une très grande simplification et une amélioration facilitant le pilotage.
La figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'un navire muni d'un conduit joignant l'avant à l'arrière d'un navire (1). Un conduit (26), d'un diamètre important pour y loger les deux hélices contra-rotatives (5,6), part de l'avant (27) à l'arrière (28) du navire (1) ou du sous-marin. L'avant (27) et l'arrière (28) sont aménagés en forme d'entonnoir de façon à ce que le débit d'eau formé par l'avancement du navire ou du sous-marin soit absorbé par le débit d'eau des hélices contra-rotatives, afin de ne pas provoquer de remous. Le ou les moteurs (2) qui entraînent les hélices sont placés parallèles au conduit, ils emmènent les arbres-moteurs (3) et (4) solidaire des hélices (5) et (6) par quatre pignons coniques (29,30,31,32), l'arbre moteur (4) entraîne le pignon (29), l'arbre moteur (3) entraîne le pignon (30), les pignons (29) et (30) entraînent les pignons (31) et (32) solidaires des hélices (5) et (6). Le navire ou le sous-marin aura donc les mêmes dimensions à l'avant, au centre et à l'arrière, il ne provoquera aucun remous, ce qui améliorera la propulsion.
La figure 8 est une vue en coupe longitudinale et verticale du sous-marin (1) avec une double enveloppe (33) entourant les parois du sous-marin. Nous retrouvons les mêmes références que précédemment. Les moteurs (2) entraînent les hélices (5) et (6), les côtés supérieur (9) et inférieur (10) forment la carène, le volet mobile (11) pivote autour de l'axe (13). Cette enveloppe (33) pourra être en matériaux absorbant les vibrations et, comme le débit d'eau résultant de l'avancement du sous-marin est absorbé par les deux hélices contra-rotatives, on note l'absence de turbulence créée par l'avancement du sous-marin, il n'existera donc que très peu de vibrations pouvant être captées par des appareils de détection de la présence de sous-marin.
Dans le cas de la figure 8, l'eau est aspirée à l'avant par la dépression créée par la marche des hélices contra-rotatives.
La figure 9 est conforme à la figure 8, sauf que les hélices contra-rotatives (5) et (6) se trouvent à l'avant du sous-marin et refoulent à l'arrière l'eau poussée par ces hélices. On retrouve les mêmes notations.
Bien entendu, d'autres solutions de déplacement de volets inverseurs de marche peuvent être réalisées, sans pour celà sortir du cadre de l'invention.
Il en est de même pour la forme et l'emplacement des conduits qui absorbent le débit d'eau résultant de l'avancement du navire ou un sous-marin.
On pourrait obtenir des arbres-moteurs tournant en sens inverse avec un moteur tournant à droite et un autre tournant à gauche au lieu d'inverser un moteur par rapport à l'autre moteur.
On pourrait ajouter à la figure 1 un système de train planétaire de façon à obliger les moteurs thermiques (2₁) et (2₂) à tourner à la même vitesse mais en sens inverse, sans pour cela sortir du cadre de l'invention.
On pourrait aussi réaliser d'autres formes de volets inverseurs de marche (11) et (12) en améliorant les sorties latérales de l'eau poussée par les hélices, sans pour cela sortir du cadre de l'invention.

Claims

Dispositif de propulsion de navires (1), comportant deux hélices (5,6) concentriques et contra-rotatives, tournant à la même vitesse mais en sens contraire, aux pas inversés, lesdites hélices (5,6) étant entraînées par deux arbres moteurs (3,4), provenant soit de deux moteurs thermiques (2₁,2₂) dont l'un tourne en sens inverse de l'autre, chacun entraînant un arbre moteur, soit d'un moteur à cames (2) comportant deux arbres moteurs (3,4) concentriques, tournant à la même vitesse mais en sens inverse, un tel entraînement permettant de supprimer tout couple de réaction du navire (1) autour de l'axe des hélices (5,6), les couples de rotation des hélices (5,6) étant nuls ainsi que ceux du ou des deux moteurs, caractérisé en ce que les hélices concentriques et contra-rotatives (5,6) sont placées à l'intérieur d'une carène cylindrique permettant d'éviter la cavitation et la formation de tourbillons engendrés par chaque hélice, et qui est agencée de telle façon que les parois de sortie de cette carène (7) constituent un inverseur de poussée en fermant la sortie d'eau et en s'ouvrant en deux ou en corolle pour inverser le sens de débit d'eau et constituer l'inverseur de marche.
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la carène (7) qui enveloppe les deux hélices (5,6) contra-rotatives est cylindrique à la hauteur des deux hélices, puis devient carrée ou rectangle, de façon à ce que les côtés horizontaux supérieur et inférieur soient fixes, solidaires de la carène (7), et que les côtés verticaux droit et gauche soient mobiles autour d'un axe vertical, s'appuyant sur les côtés horizontaux de façon à ce que le pilote puisse, suivant son ordre, transformer cette carène soit en inverseur de marche, soit en un moyen de déplacement latéral du navire, soit en gouvernail par modification d'angle de la sortie de la carène.
Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deux hélices (5,6) concentriques et contra-rotatives sont placées à l'intérieur d'un conduit (26) reliant l'avant à l'arrière du navire ou du sous-marin, et permettant d'améliorer la propulsion.
Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'entrée (27) et la sortie (28) du conduit (26) sont évasées de façon à ce que ledit conduit absorbe sensiblement le volume d'eau engendré par le déplacement du navire ou du sous-marin (1), pour éviter tous les tourbillons d'avancement, l'avant, le centre et l'arrière dudit navire ou sous-marin ayant sensiblement les mêmes dimensions.
Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le navire (1) est un sous-marin et que les hélices (5,6) placées à l'avant ou à l'arrière dudit sous-marin entraînent un volume d'eau qui passe dans un conduit formé par la coque du sous-marin et une enveloppe (33) extérieure en matériau absorbant les vibrations, entourant le sous-marin, le volume d'eau étant, soit aspiré si les hélices sont à l'arrière, soit comprimé si les hélices sont placées à l'avant dudit sous-marin.
Navire (1) équipé d'un dispositif de propulsion à hélices (5,6) concentriques et contra-rotatives selon l'une des revendications 1 à 5.
Navire (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit (26) de passage d'eau reliant l'avant à l'arrière dudit navire.