EP0767694B1 - Propulseur individuel sous-marin - Google Patents

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EP0767694B1
EP0767694B1 EP93910126A EP93910126A EP0767694B1 EP 0767694 B1 EP0767694 B1 EP 0767694B1 EP 93910126 A EP93910126 A EP 93910126A EP 93910126 A EP93910126 A EP 93910126A EP 0767694 B1 EP0767694 B1 EP 0767694B1
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propulsion means
electrical propulsion
underwater diving
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diving according
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Jean-Pierre Gallo
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B35/00—Swimming framework with driving mechanisms operated by the swimmer or by a motor
    • A63B35/08—Swimming framework with driving mechanisms operated by the swimmer or by a motor with propeller propulsion
    • A63B35/12—Swimming framework with driving mechanisms operated by the swimmer or by a motor with propeller propulsion operated by a motor

Definitions

  • the present invention relates to an electric thruster intended for scuba diving.
  • Traditional underwater propulsion systems are designed like torpedoes and the main flow resulting from the rotation of the propeller is ejected along the axis of symmetry of the device. The diver must therefore move away from this axis and the master couple in the direction of movement is increased.
  • Figure 1 shows such a traditional propellant, the plunger must be offset along the axis OZ to stand above the turbulence generated by the propeller.
  • a technical solution consists in placing two turbo-engines on either side of the propellant according to document DE-A-35 23 758, but this solution is complex and expensive.
  • the present invention improves the performance of the propellant and facilitates the steering.
  • the propellant is constituted by a symmetrical symbolic hyperform by compared to the OXY movement plan, figure 2, of the diver. This form provides the equivalent of two swimming paddles profiled in the OX axis of movement.
  • Figure 2 shows the basic principle of such a system.
  • the diver holds the device at arm end in the axis of movement, the water is sucked through an opening 1 located at the front.
  • the incoming flow is then divided into two symmetrical transfers and driven back on either side of the diver.
  • the two secondary flows 2 are partially divergent to improve hydrodynamics and propulsion is by reaction.
  • wing profile chosen for the body is neutral, detail 5 in Figure 3, because when diving the weight is compensated by hydrostatic thrust and no dynamic lift should result when traveling.
  • Two headlights 8 and a speed control 7 can be integrated into the vehicle.
  • FIG 4 shows a diver equipped with such a system.
  • the waterproof accumulators 3 are placed outside the propellant, at the waist. They can also be attached to the back of the diver or to diving tanks. So structured the propellant is less bulky, lighter and more efficient.
  • the batteries placed outside replace the weights usually used to balance the diver.
  • a cable 4 provides electrical power to the motor integrated in the device.
  • the weight corresponding to the batteries can be compensated by volumes of foam of density less than one, this compensation can also be performed via an inflatable diving vest.
  • Polymer batteries with a density substantially equal to 2 can also be used and require little hydrostatic compensation.
  • FIG. 5 shows the balance of such a propulsion system produced according to the invention.
  • the body 9 made of materials of density less than one, produces a hydrostatic thrust directed upwards at G.
  • the total weight of the propellant including the body and accessories interiors such as the engine 14 and the control system 11 must correspond to G so that the thruster is in balance whatever its position.
  • the handles 10 integrated directly into the body and the reaction forces R must be substantially aligned in a zone Z as small as possible according to OX.
  • This exploded view of a propellant designed according to the invention also shows the body 9 made up of two symmetrical half-shells Manufacturing, assembly and maintenance are thus considerably simplified, investment in molds is reduced.
  • interior shapes are harmonized with the exterior shapes to reduce the maximum submerged volume.
  • the motor 14 in figure 6 is placed so as to correspond with the center of thrust hydrostatic G because it is the heaviest element and an offset would require balancing by additional masses.
  • a chamber 15 is arranged around the engine for its cooling, circulation water is provided by a calibrated conduit 21 whose inlet is located downstream of the turbine and green evacuation rear 16
  • This duct is calibrated according to the power chosen for the engine and the quantity corresponding heat to be removed.
  • FIG. 6 shows such a control element 11 comprising two arms provided with sealed switches 12 leading to the level of the grab handles.
  • This control element is obtained by overmolding the components on a card electronic and placed in a housing directly molded on the body.
  • the electronic circuit includes a switching power supply, a charge controller and a safety system in case of blockage of the turbine.
  • a simplified version includes only a control relay.
  • the axis of the motor comprises at its end a turbine 20 making it possible to suck up the water and repress in two transfers.
  • the initial flow generated by the high efficiency turbine is optimally divided.
  • the aspect flow dynamics is described in Figure 7.
  • the separation edge 28 operates a first division along the axis of geometric symmetry 27 of the transfer.
  • a zone primary impulse 25 resulting from an asymmetrical profile 26 of the conduit makes it possible to initiate a dynamic axis 22 towards the secondary pulse zone 24
  • the shape of the duct is obtained by the gradual passage from 26 to 23 along the axis of geometric symmetry and this results in flow along the dynamic axis with the minimum turbulence and better hydrodynamic reaction.
  • Control flaps 30 can be installed at the end of wings according to FIG. 8. They allow to act on the roll and the pitch by actuating two levers 32 located near the handles and linked to the flaps by two axes 29 perpendicular to the direction of movement.
  • the axis 29 drives an integrated nozzle 33
  • the corresponding housing consists of a recess rectangular with two separate contacts for power supply.
  • polymer batteries are arranged in the plane of joint according to a thickness of the order of 10 mm. They must conform to the interior profile of the thruster's body.
  • the body in two parts is produced by injection / reaction in material of density less than 1, and assembly is done by screws 19 placed perpendicular to the OXY plane, figure 6.
  • the body in two parts is produced by injection of material with a density greater than 1.
  • cells 18 are arranged according to the figure 6 and in which foam blocks are arranged in order to obtain a relative density less than 1 to compensate for the weight of internal organs.
  • each part of the body is hollow and formed by the assembly of two injected parts corresponding to the shapes, exterior and interior, of this.
  • the parts forming the body can be filled with synthetic foam to increase their mechanical resistance.
  • the body in two parts is extruded / blown in polyethylene.
  • Particularly light and resistant models are built in composite on a core synthetic foam.
  • Figure 9 shows an optimal way to perfectly balance the thruster using three additional 34 adjustable masses located at 120 ° on a circle centered on the hydrostatic thrust center.
  • this thruster is intended for both the diver and the deep equipped with compressed air cylinders only to the snorkeler.
  • This thruster can also be used for beach games, underwater ballets and as emergency equipment for firefighters for example.

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Description

La présente invention concerne un propulseur électrique destiné à la plongée sousmarine. Les systèmes de propulsion sous-marins traditionnels sont conçus comme des torpilles et le flux principal résultant de la rotation de l'helice se trouve éjecté suivant l'axe de symétrie de l'appareil. Le plongeur doit donc se déporter par rapport à cet axe et le maitre couple dans la direction du déplacement se trouve augmenté.
Il en résulte un effort de tangage, une fatigue du pilote et une perte d'énergie. D'autre part la manoeuvrabilité est fortement affectée par la position relative du plongeur par rapport au propulseur. Des vitesses importantes ne peuvent être atteintes par ce type d'appareil.
La figure 1 montre un tel propulseur traditionnel, le plongeur doit être décalé suivant l'axe OZ pour se placer au dessus des turbulences générées par l'hélice.
Une solution technique consiste à placer deux turbo-moteurs de part et d'autre du propulseur selon le document DE-A-35 23 758, mais cette solution est complexe et coûteuse.
La présente invention permet d'améliorer les performances du propulseur et de faciliter le pilotage. A cette fin le propulseur est constitué par une hyperforme symbolique symétrique par rapport au plan de déplacement OXY, figure 2, du plongeur. Cette forme apporte l'équivalent de deux palettes natatoires profilées dans' l'axe OX de déplacement.
La figure 2 montre le principe de base d'un tel systeme. Le plongeur tient l'appareil à bout de bras dans l'axe du déplacement, l'eau est aspirée par une ouverture 1 située à l'avant. Le flux entrant est ensuite divisé dans deux transferts symétriques et refoulé de part et d'autre du plongeur. Les deux flux secondaires 2 sont partiellement divergents pour améliorer l'hydrodynamique et la propulsion se fait par réaction.
La forme et la tenue d'un tel propulseur, selon l'invention, permettent au plongeur de contrôler le roulis et le tangage.
Le mouvement de lacet est facilité par la forme aplatie du corps dans le plan OXY. Pour le rendre plus directif un aileron 6 peut être monté comme indiqué sur la figure 3 qui définit en 3 vues la forme d'ensemble résultant d'une étude initiale purement esthétique ayant fait l'objet de fonctionnalisations successives suivant les résultats techniques recherchés.
Ainsi le profil d'aile choisi pour le corps est neutre, détail 5 figure 3, car en plongée le poids est compensé par la poussée hydrostatique et il ne doit résulter aucune portance dynamique lors des déplacements.
Deux phares 8 et un contrôle de vitesses 7 peuvent être intégrés à l'engin.
La figure 4 montre un plongeur équipé d'un tel système. Dans ce cas précis les accumulateurs étanches 3 sont placés à l'extérieur du propulseur, à la ceinture. Ils peuvent aussi être fixés dans le dos du plongeur ou sur les bouteilles de plongée. Ainsi structuré le propulseur est moins volumineux, plus léger et plus performant. De plus, les batteries placées à l'extérieur permettent de remplacer les lests habituellement utilisés pour équilibrer le plongeur.
D'où un gain de poids supplémentaire par rapport à un propulseur traditionnel, un câble 4 permet l'alimentation en énergie électrique du moteur intégré à l'appareil.
Dans le cas où une grande autonomie est requise, le poids correspondant aux batteries peut être compensé par des volumes de mousse de densité inférieure à un, cette compensation peut aussi être effectuée par l'intermédiaire d'un gilet de plongée gonflable.
Des batteries polymères de densité sensiblement égale à 2 peuvent aussi être utilisées et nécessitent peu de compensation hydrostatique.
La figure 5 montre l'équilibre d'un tel système de propulsion réalisé suivant l'invention. Le corps 9 réalisé en matériaux de densité inférieure à un, produit une poussée hydrostatique dirigée vers le haut en G. Le poids total du propulseur comprenant le corps et les accessoires intérieurs tels le moteur 14 et le système de pilotage 11 doit correspondre à G pour que le propulseur soit en équilibre quelle que soit sa position.
Les poignées 10 intégrées directement au corps et les efforts de réaction R doivent être sensiblement alignés dans une zone Z la plus réduite possible selon OX.
Cette vue éclatée d'un propulseur conçu selon l'invention montre aussi le corps 9 constitué de deux demi-coques symétriques La fabrication, l'assemblage et la maintenance sont ainsi considérablement simplifiés, l'investissement en moules est diminué.
L'assemblage de ces deux demi-coques suivant le plan OXY permet d'obtenir la forme extérieure avec ses qualités, hydrodynamique et esthétique. D'autre part des formes intérieures résultent aussi de cet assemblage et permettent d'obtenir le principe de base de l'invention concernant la séparation en deux flux symétriques par deux transferts.
Ainsi les formes intérieures sont harmonisées avec les formes extérieures pour réduire au maximum le volume immergé.
Le moteur 14 figure 6 est placé de façon à correspondre avec le centre de poussée hydrostatique G car il est l'élément le plus pesant et un décalage nécessiterait un équilibrage par des masses additionnelles.
Une chambre 15 est aménagée autour du moteur pour son refroidissement, la circulation de l'eau est assurée par un conduit calibré 21 dont l'admission se situe en aval de la turbine et l'évacuation vert l'arrière 16
Ce conduit est calibré suivant la puissance choisie pour le moteur et la quantité correspondante de chaleur à évacuer.
Un emplacement pour l'électronique de commande est prévu à l'arrière du moteur, la figure 6 montre un tel élément de commande 11 comportant deux bras munis d'interrupteurs étanches 12 aboutissant au niveau des poignées de maintien.
Cet élément de commande est obtenu par surmoulage des composants sur une carte électronique et placé dans un logement directement moulé sur le corps.
Le circuit électronique comporte une alimentation à découpage, un contrôleur de charge et un système de sécurité en cas de blocage de la turbine. Une version simplifiée comporte uniquement un relais de commande.
L'axe du moteur comporte à son extrémité une turbine 20 permettant d'aspirer l'eau et de la refouler dans deux transferts.
Le flux initial généré par la turbine à haut rendement est divisé de façon optimale. L'aspect dynamique de l'écoulement est décrit par la figure 7. Dans un premier temps l'arête de séparation 28 opère une première division selon l'axe de symétrie géométrique 27 du transfert. Une zone d'impulsion primaire 25 résultant d'un profil asymétrique 26 du conduit permet d'amorcer un axe dynamique 22 vers la zone d'impulsion secondaire 24
La forme du conduit est obtenue par le passage progressif de 26 à 23 selon l'axe de symétrie géométrique et il en résulte un écoulement selon l'axe dynamique avec le minimum de turbulences et une meilleure réaction hydrodynamique.
Des volets de contrôle 30 peuvent être installés en bout d'ailes suivant la figure 8. Ils permettent d'agir sur le roulis et le tangage en actionnant deux leviers 32 situés près des poignées et liés aux volets par deux axes 29 perpendiculaires à la direction du déplacement.
Selon un autre mode de réalisation l'axe 29 entraíne une tuyère intégrée 33,
Cette même figure montre la possibilité de monter un pack de batteries enfichables 31 à l'arrière de l'appareil aménagé à cet effet. Le logement correspondant consiste en un évidement parallélipipédique comportant deux contacts séparés pour l'alimentation en courant.
Selon un autre mode de conception des batteries polymères sont disposées sur le plan de joint selon un' épaisseur de l'ordre de 10 mm. Elles doivent être conformées au profil intérieur du corps du propulseur.
Selon un mode de fabrication préférentiel le corps en deux parties est réalisé par injection/réaction en matériau de densité inférieure à 1, et l'assemblage se fait par des vis 19 placées perpendiculairement au plan OXY, figure 6.
Selon un autre mode de fabrication, le corps en deux parties est réalisé par injection de matériau de densité supérieure à 1. Dans ce cas des alvéoles 18 sont aménagées selon la figure 6 et dans lesquelles sont disposées des blocs de mousse afin d'obtenir une densité relative inférieure à 1 pour compenser ainsi le poids des organes internes.
Selon un autre mode de fabrication chaque partie du corps est creuse et constituée par l'assemblage de deux pièces injectées correspondant aux formes, extérieure et intérieure, de celuici. Dans ce cas les parties formant le corps peuvent être remplies de mousse synthétique pour augmenter leur résistance mécanique.
Selon un mode de fabrication préférentiel et particulièrement économique, le corps en deux parties est extrudé/soufflé en polyéthylène.
Des modèles particulièrement légers et résistants sont construits en composite sur un noyau de mousse synthétique.
Dans tous les cas la figure 9 montre une manière optimale d'équilibrer parfaitement le propulseur à l'aide de trois masses additionnelles 34 et ajustables situées à 120° sur un cercle centré sur le centre de poussée hydrostatique.
Ainsi conçu selon l'invention, ce propulseur est destiné aussi bien au plongeur en au profonde équipé de bouteilles d'air comprimé que au chasseur en apnée.
Ce propulseur peut aussi servir pour les jeux de plage, les ballets sous-marins et comme engin de secours pour les pompiers par exemple.
Sa fabrication est simplifiée au maximum, ses performances et son esthétique sont exceptionnelles.

Claims (10)

  1. Propulseur électrique destiné à la plongée sous-marine constitué d'un corps (9) enveloppant un système de propulsion hydrodynamique produisant lors de son utilisation, deux écoulements de part et d'autre du plongeur, caractérisé en ce que la séparation d'un flux entrant unique se fait dans le même plan de déplacement (OXY) que les deux écoulements.
  2. Propulseur électrique destiné à la plongée sous-marine selon la Revendication 1, caractérisé en ce que le corps (9) est obtenu par l'assemblage de deux parties symétriques suivant ledit plan de déplacement (OXY).
  3. Propulseur électrique destiné à la plongée sous-marine selon la Revendication 2 caractérisé en ce que les deux parties constituant le corps (9) forment par leur assemblage deux transferts divergents à partir de l'orifice d'admission situé à l'avant, ces deux transferts se joignant pour former une arête de séparation du flux primaire, un emplacement pour la turbine et une entrée pour l'eau.
  4. Propulseur électrique destiné à la plongée sous-marine selon les Revendications 2 et/ou 3, caractérisé en ce que les deux parties constituant le corps (9) forment par leur assemblage un emplacement pour le moteur et son système électronique de pilotage proche de son centre de poussée hydrostatique.
  5. Propulseur destiné à la plongée sous-marine selon l'une quelconque des Revendications précédentes, caractérisé en ce que la position du centre de gravité est réglable par rapport au centre de poussée hydrostatique avec la disposition de masses additionnelles dans des logements situés autour du centre de poussée hydrostatique.
  6. Propulseur électrique destiné à la plongée sous-marine selon l'une quelconque des Revendications précédentes, caractérisé en ce que l'écoulement du fluide dans les transferts s'effectue suivant un axe dynamique généré par l'inversion progressive d'un profil de conduit assymétrique le long de leurs axes de symétrie géométrique.
  7. Propulseur électrique destiné à la plongée sous-marine selon l'une quelconque des Revendications précédentes, caractérisé en ce que la densité relative du corps (9) est réglable par la disposition d'éléments en mousse de densité inférieure à un et conformés suivant des évidements creusés dans ses deux parties constitutives.
  8. Propulseur électrique destiné à la plongée sous-marine selon l'une quelconque des Revendications précédentes, caractérisé en ce que deux volets (30) placés à l'extrémité des ailes ou bien deux tuyères intégrées (33) sont commandées par un système d'axes et de leviers à partir des poignées intégrées (10), selon un axe de rotation appartenant au plan d'assemblage et perpendiculaire à l'axe de déplacement.
  9. Propulseur électrique destiné à la plongée sous-marine selon l'une quelconque des Revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie arrière recevant le cable d'alimentation en énergie possède un aménagement pour recevoir un pack de batteries enfichable
  10. Propulseur électrique destiné à la plongée sous-marine selon l'une quelconque des Revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (9) possède sur sa partie arrière deux évidements formant des poignées intégrées proches d'un axe défini par les origines des deux efforts de réaction résultant de l'écoulement du fluide à la sortie des transferts.
EP93910126A 1992-05-19 1993-05-17 Propulseur individuel sous-marin Expired - Lifetime EP0767694B1 (fr)

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WO (1) WO1993023119A1 (fr)

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