FR2605284A1 - Dispositif de propulsion et de sustentation pour navires rapides a aile portante immergee - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE PROPULSION ET DE SUSTENTATION POUR NAVIRES RAPIDES A AILE PORTANTE IMMERGEE. SELON L'INVENTION, L'AILE PORTANTE 4 COMPORTE UN PLAN PORTEUR PRINCIPAL 11 ET UN AILERON DE BORD DE FUITE 12 ARTICULE, AINSI QUE DES MOYENS 14, 25; 15, 16 POUR INJECTER DU GAZ A GRANDE VITESSE A PARTIR DE L'INTRADOS DU PLAN PORTEUR PRINCIPAL ET DE L'EXTRADOS DE L'AILERON DE BORD DE FUITE. ON ASSURE AINSI UNE SUSTENTATION A BASSE VITESSE, EN PARTICULIER UNE HYPERSUSTENTATION AU DECOLLAGE, ET ON DEFINIT UNE TUYERE 13 A ECOULEMENT DIPHASIQUE POUVANT ASSURER SEULE LA PROPULSION A HAUTE VITESSE PAR DETENTE D'UNE EMULSION GAZ-LIQUIDE DANS LADITE TUYERE. APPLICATION A LA REALISATION D'HYDROPTERES RAPIDES

Description

L'invention concerne un dispositif de propulsion et de sustentation pour

navires rapides à aile portante immergée,

en particulier des navires du type hydroptère.

Il a été conçu des hydroptères à plans porteurs autostables fixes en V. De tels hydroptères illustrent une

première génération d'appareils, dont les performances en vi-

tesse restent très limitées (35 noeuds environ) en raison de

leur sensibilité à l'état de la mer.

C'est pourquoi des hydroptères d'une deuxième généra-

tion ont été étudiés, avec ailesportantesimmergées raccor-

déesà la coque par une ou plusieurs jambes. Ces hydroptères utilisent un mode de propulsion classique, par hélice ou par

jets d'eau (hydrojet). Les performances en vitesse sont meil-

leures qu'avec les hydroptères de la première génération, mais restent encore limitées. En effet, le phénomène de cavitation implique une limitation à 40 noeuds avec une hélice classique,

à moins d'utiliser une hélice supercavitante permettant d'ar-

river à 50 noeuds,mais nécessitant une puissance très élevée,

cette vitesse pouvant être également atteinte avec une propul-

sion par jets d'eau, mais toujours avec une puissance importan-

te pour actionner les pompes accélératrices; ceci conduit à augmenter la hauteur des jambes, le poids de l'engin et, de ce fait, la surface immergée. De plus le pilotage se fait essentiellement en incidence, par braquage du ou des plans

porteurs; le pilotage est délicat en raison des à-coups ame-

nant des discontinuités de traînée et de portance, et ce d'au-

tant plus que la surface des plans porteurs est grande (à titre indicatif, un hydroptère de 500 tonnes nécessite une surface de

l'ordre de 50 m2 pour le plan porteur).

Ceci a amené à concevoir des dispositifs de propul-

sion différents pour des engins d'une troisième génération, uti-

lisant une émulsion air-eau dans une tuyère.

Il a été ainsi prévu d'intégrer dans une aile portante d'hydroptère un "réacteur liquide", comprenant une tuyère de -2- détente o une émulsion air-eau est accélérée pour produire

l'effet propulsif; un tel dispositif de propulsion est il-

lustré dans le brevet français 1.569.780. Le statoréacteur ainsi réalisé utilise un fluide compressible nécessitant une détente dans un étage de la tuyère comportant successivement un convergent, un col, et un divergent: ceci implique que la tuyère présente une longueur très importante, égale à celle du plan porteur, ce qui a pour conséquence une traînée très importante à vitesse élevée,et une mauvaise intégration des fonctions de propulsion et de sustentation, car le plan

n'est pas réellement porteur à basse vitesse lorsque le sta-

toréacteur n'est pas en fonctionnement. De plus, le pilota-

ge est très délicat malgré l'existence des deux moyens de

réglage que constituent un corps creux déplaçable en trans-

lation au col de la tuyère ainsi qu'un volet, articulé directement sur l'aile portante au niveau de la sortie du jet: en effet, le braquage du volet modifie la portance, ce qui nécessite de modifier également la position du corps

creux dans la tuyère. En définitive de tels hydroptères n'au-

torisent pas une optimisation hydrodynamique du plan porteur, et présentent peu d'aptitude au fonctionnement sans injection

de gaz.

On peutse référer également au brevet américain No. 3.171.379 o est décrit un dispositif de propulsion du

même genre.

Une technique analogue a été également utilisée pour des navires à effet de sol, ainsi qu'illustré dans le brevet américain No. 3.117.545. La sustentation de l'engin à basse

vitesse n'est assurée que par deux volets fixes, dont le vo-

let arrière définit avec la paroi longitudinale du coussin

une tuyère d'écoulement. Outre la sustentation médiocre à bas-

se vitesse, on retrouve un rendementglobal de la tuyère rela-

tivement mauvais du fait de l'absence d'écart de vitesse entre -3-

le liquide et le gaz de réaction (la pression du gaz inter-

vient seule), d'o une détente instable et un mélange peu homogène: là encore le rendement propulsif est mauvais, et

les performances en vitesse restent très limitées.

On peutégalement citer le brevet français 1.071.658

et le brevet anglais 388.696 pour illustrer ce type de tech-

nique.

D'autres techniques ont été proposées pour amélio-

rer le rendement propulsif. On peut citer à ce titre le bre-

vet français 72 32191 et son Certificat d'Addition 73 08233.

Le dispositif qui y est illustré comporte un générateur de

gaz créant axialement une nappe de gaz homogène sous la co-

que du navire, et un profil laminaire entaillé pour pertur-

ber l'écoulement axial de la nappe de gaz, générant ainsi un effet axial et un effet émulsif transversal; en particulier des éléments verticaux profilés peuvent constituer deux à

deux une tuyère pour générer un effet émulsif transversal.

Il s'agit en fait essentiellement d'une technique de lubri-

fication, améliorant le rendement propulsif, mais augmentant notablement la traînée du fait des éléments fractionnant la

lame d'air.

Il a été enfin proposé un dispositif de propulsion très intéressant, illustré dans le brevet français

2.261.926.

Ce dispositif comporte un propulseur à réaction ga-

zeuse dit "émulseur à dilution étagée" ou EDE, dans lequel

on injecte un gaz de réaction dans une tuyère simplement ccn-

vergente, avec une faibhle incidence et une très grande vitesse. La dé-

tente de l'émulsion se fait dans un étage ncn convergent. On utilise deux volets articulés au niveau de l'étage d'injection pour faire varier la section d'entrée du diffuseur et la section

de sortie de l'étage de détente,et ainsi respectivement aug-

menter ou diminuer la poussée lorsque ces sections diminuent.

-4 - A la différence des techniques précédentes, la vitesse du gaz est très supérieure à celle de l'eau, ce qui produit

un effet de cisaillement important lors de l'injection.

Un tel dispositif de propulsion rend théoriquement possible des gammes de vitesse dépassant largement 50 noeuds. Il convient cependant de réaliser son intégration au navire ce qui est délicat, car un montage classique en

nacelle serait en effet incompatible avec les caractéris-

tiques recherchées.

L'invention a pour objet de réaliser un disposi-

tif intégré permettant de combiner la propulsion et la sus-

tentation à toutes les vitesses, avec un rendement propul-

sif élevé permettant d'accéderà des vitesses importantes, en particulier dépassant 60 noeuds pour des navires de 200 à

500 tonnes.

-Un autre objet de l'invention est de réaliser un

dispositif permettant une utilisation optimale d'une propul-

sion classique à basse vitesse, et d'une propulsion à réac-

tion gazeuse par émulseur à dilution étagée à haute vitesse, cette dernière propulsion étant du type de celle décrite

dans le brevet français 2.261.926.

Un autre objet de l'invention est de réaliser un dispositif de propulsion et de sustentation permettant un

pilotage aisé sur toute la gamme des vitesses envisagées.

Il s'agit plus particulièrement d'un dispositif de propulsion et de sustentation pour navires rapides à aile portante immergée,tels que des hydroptères, caractérisé par

le fait que l'aile portante comporte un plan porteur prin-

cipal et un aileron de bord de fuite articulé,ainsi que des moyens pour injecter du gaz à grande vitesse et sous une

faible incidence à partir de l'intrados du plan porteur prin-

cipal et de l'extrados de l'aileron de bord de fuite,et par le fait que le plan porteur principal et l'aileron de bord -5- de fuite assurent d'une part la sustentation à basse vitesse en l'absence d'injection de gaz, la propulsion étant alors

assurée de façon classique par des moyens mécaniques, et per-

mettent d'autre part de définir dans une position biplan une tuyère à écoulement diphasique assurant la propulsion à

haute vitesse, en cas d'injection de gaz dans la zone de re-

couvrement, par effet de détente dans un étage non convergent de ladite tuyère de l'émulsion gaz-liquide qui y est générée,

les fonctions de propulsion étant alors intégrées aux fonc-

tions de sustentation de l'aile portante.

De préférence, l'aileron de bord de fuite est apte à s'intégrer au plan porteur principal, de manière à pouvoir ainsi former une aile unique au profil plat qui retarde au

maximum l'apparition du phénomène de cavitation; en parti-

culier, l'aileron de bord de fuite peut être reculé et bra-

qué par rapport au plan porteur principal, de façon à pouvoir

assurer une fonction d'hypersustentation au décollage.

Il est de préférence prévu un braquage possible de l'aileron de bord de fuite à partir de la position intégrée de celui-ci, et du plan porteur principal par rapport à la ou les jambes le reliant à la coque du navire, le braquage

de l'un et/ou l'autre permettant le pilotage en vol subca-

vitant; en fait, le braquage du seul aileron de bord de fui-

te est préférable, en raison des problèmes de cavitation, en

phase de vol subcavitant postérieurement au décollage.

Selon une caractéristique avantageuse de l'invention,

l'ensemble biplan formé par le plan porteur principal et l'ai-

leron de bord de fuite,lors de la propulsion à haute vitesse,

définit un entreplan qui est prévu réglable pour adapter l'é-

tage de détente aux conditions de vol; ce régla-

ge est particulièrement intéressant dans la phase transitoire

au cours de laquelle la propulsion à réaction gazeuse commen-

ce à être le seul mode utilisé.

-6-

De préférence, les moyens d'injection de gaz com-

portent, pour le plan porteur principal et l'aileron de bord de fuite, une conduite d'alimentation disposée selon l'envergure de l'aile portante et acheminant le gaz par un canal associé vers au moins une fente d'injection; en va- riante, le plan porteur principal comporte au mnins deux fentes d'injection parallèles, chacune desdites fentes d'injection

étant reliée à la conduite d'alimentation par un canal indé-

pendant, de sorte que le gaz soit injecté par l'une ou l'au-

tre de ces fentes.

Il est de toute façon avantageux de prévoir des moyens permettant d'ajuster les caractéristiques du gaz sortant par la

fente d'injection associée. En particulier, les moyens d'in-

jection peuvent comporter un boisseau tournant dans un four-

reau à lumières, intercalé entre la conduite d'alimentation

et le ou les canaux associés, la rotation dudit boisseaupermet-

tant d'ajuster la pression du gaz sortant par la fente d'injec-

tion associée; il peut s'avérer intéressant que la conduite

d'alimentation du plan porteur principal comporte des flas-

ques de guidage canalisant les filets de gaz vers des ouver-

tures d'entrée prédéterminéesdu fourreau, en vue d'une meil-

leure répartition de la pression de gaz le long de l'enver-

gure. De préférence, les moyens d'injection de gaz associés au plan porteur principal et à l'aileron de bord de fuite sont couplés pour permettre d'ajuster la répartition du gaz

dans l'ensemble biplan.

Selon une caractéristique avantageuse, lorsque le régime de propulsion à haute vitesse est établi, l'aileron de bord de fuite est maintenu dans sa position adaptée, la stabilisation et le pilotage se faisant alors par le choix du débit de gaz et/ou de la répartition du gaz injecté dans l'ensemble biplan, avec l'avantage d'un temps de réponse très court, ce qui permet un pilotage fin, sans avoir à agir sur

des pièces mobiles saillantes.

-7 - Selon une autre caractéristique avantageuse, le dispositif de l'invention comporte des moyens

permettant un transfert progressif de puissance,de la pro-

pulsion classique vers la propulsion par détentede l'émulsion gaz-liquide dans la tuyère; en particulier, les moyens de transfert progressif peuvent comporter un ensemble réducteur à renvoi d'angle, dont les sorties permettent d'actionner un moyen de propulsion classique tel qu'hélice ou hydrojet,

et/ou un compresseur prévu pour l'injection de gaz.

Différentes configurationsd'ailE portantesimmerqées peuvent être adoptées dans le cadre de l'invention. Celles-ci peuvent être constituées de deux sous-ensembles indépendants

en T inversé, disposés transversalement à la co-

que, ou d'un ensemble unique en T- inversé, avec une aile centrale reliant deux nacelles; dans ce dernier cas, il peut

naturellement être prévu que l'aile centrale se prolonge au-

delà de chaque nacelle par une aile d'extrémité.

D'autres caractéristiques et avantages de la pré-

sente invention apparaîtront plus clairement à la lumière

de la description qui va suivre et des dessins annexés,

concernant des modes particuliers de réalisation, en réfé-

rence aux figures, o: - les figures 1 et 2 sont des vues schématiques en élévation et en bout d'un navire rapide, du type hydroptère, équipé

en arrière d'une double aile portante réalisée conformé-

ment à l'invention en vue d'une intégration des fonctions de propulsion et de sustentation,permettant d'atteindre des vitesses élevées, en particulier dépassant 60 noeuds pour un tel navire dont le poids peut aller jusqu'à 500 tonnes, - les figures 3a à 3c illustrent en vue de dessous trois exemples de configurations d'aile portante immergée, ici

en arrière de coque, la figure 3a correspondant à la con-

figuration illustrée aux figures 1 et 2,

- la figure 4 est une vue en perspective d'une jambe arriè-

re au bout de laquelle est montée une nacelle avec hélice de propulsion, et une aile portante immergée dont les

trois configurations précédentes sont illustrées en poin-

tillés et traitsmixtes, - la figure 5 est une vue en perspective, avec arrachements partiels,.d'un dispositif de propulsion et de sustentation intégré, permettant de distinguer les moyens d'injection prévus pour l'ensemble biplan formé par le plan porteur principal et l'aileron de bord de fuite, en position de haute vitesse, - la figure 6 est une coupe transversale de l'ensemble biplan de la figure 5, illustrant schématiquement les différents paramètres de réglage prévus dans le cadre de l'invention,

- la figure 7 illustre schématiquement les différentes pha-

ses de-vol d'un hydroptère équipé d'un dispositif de pro-

pulsion et de sustentation conforme à l'invention, reflé-

tant l'utilisation progressive des différents modes de pro-

pulsion depuis les manoeuvres portuaires par hélice de co-

que (schéma a)) jusqu'au vol stabilisé à haute vitesse par

le seul effet de la détente d'une émulsion gaz-

liquide (schéma g)), - la figure 8 est une vue en perspective d'une aile portante

dont l'arrachement permet de distinguer une structure par-

ticulière des moyens d'injection prévus pour le plan por-

teur principal,

- la figure 9 est une vue schématique illustrant une confi-

guration possible de moyens de transfert de puissance, per-

mettant de passer progressivement d'une propulsion classi-

que par hélice à une propulsion par détente d'émulsion gaz-

liquide.

Figures 1, 2, un navire rapide 1, de type hydroptè-

re, est ici équipé, à l'avant, d'un plan porteur 2 monté -9- en bout de jambe 3, et, à l'arrière, d'une aile portante constituée de deux sousensembles identiques 4 en bout d'une jambe associée 5, selon une disposition en T inverse. Chaque sous-ensemble comporte une propulsion classique, ici du type à hélice marine à hautes performances 6, et un dispositif de propulsion et de sustentation constituant l'objet essentiel

de l'invention, et qui sera décrit plus loin en détail.

Cette configuration est illustrée, en vue sous l'eau, à la figure 3a. Il est naturellement possible d'utiliser un

ensemble unique en r inversé, avec une aile centrale 4' re-

liant les deux nacelles arrière 7, avec ou sans ailes d'ex-

trémité 4" ainsi qu'illustré respectivement aux figures 3b et 3c. On pourrait encore envisager une disposition inversée des ensembles porteurs précédents, l'aile portante se trouvant

dans ce cas à l'avant du navire, et le plan porteur à l'arrière.

La figure 4 illustre une jambe de support 5 dont la

conception est classique, avec deux liaisons 8 de verrouilla-

ge à la coque du navire, et une articulation 9 reliée à la co-

que pour le relevage de l'ensemble porteur après déverrouilla-

ge des liaisons 8, par action d'une bielle (non représentée)

s'articulant en bout d'un levier de relevage 10.

Les trois configurations de l'aile portante immergée représentées aux figures 3a, 3b, 3c sont rappelées en traits

mixtes et pointillés. Pour alléger la présentation, il ne se-

ra fait référence dans la suite de la description qu'à une

aile portante immergée 4, étant entendu qu'il pourra s'agir d'une double aile indépendante 4 en deux portions de part et d'autre de la nacelle associée 7 (traits mixtes), ou d'une aile centrale 4' reliant deux nacelles 7 (traits pointillés),

celle-ci pouvant encore être prolongée par deux portions d'ex-

trémité 4" au-delà des nacelles 7 (traits pointillés et traits mixtes). L'aile portante immergée pourra naturellement être

calée en incidence grâce à des moyens classiques non représen-

tés ici.

Conformément à un aspect essentiel de l'invention, -10- et ainsi qu'illustré aux figures 5 et 6, l'aile portante 4 comporte un plan porteur principal 11 et un aileron de

bord de fuite 12 articulé, ainsi que des moyens pour injec-

ter du gaz à grande vitesse et sous une faible incidence à partir de l'intrados du plan porteur principal 11 et de

l'extrados de l'aileron de bord de fuite 12. Ainsi, et se-

lon un principe fondamental de l'invention, le plan porteur principal 11 et l'aileron de bord de fuite 12: - assurent la sustentation à basse vitesse, en l'absence d'injection de gaz, la propulsion étant alors assurée de façon classique par des moyens mécaniques (ici une hélice

marine 6, laquelle pourrait être remplacée par une propul-

sion par hydrojet), - et permettent de définir dans une position biplan une tuyère à écoulement diphasique 13 assurant la propulsion à haute vitesse, en cas d'injection de gaz dans la zone de

recouvrement, par effet de détente dans un étage non conver-

gent de ladite tuyère 13 de l'émulsion gaz-liquide qui y est générée. On parvient ainsi à réaliser une intégration des fonctions de propulsion aux fonctions de sustentation de

l'aile portante 4.

La liaison entre l'aileron de bord de fuite 12 et le plan porteur principal 11 n'a pas été représentée pour

alléger le dessin, mais on utilisera une tringlerie classi-

que du type de celles qui sont employées sur les avions gros porteurs pour commander les volets de bord de fuite. Cette

liaison doit en effet permettre d'avoir trois degrés de li-

berté, comme cela a été schématisé à la figure 6: un déca-

lage L x, un entreplan Ah, et un angle de braquage S. L'aileron de bord de fuite est ainsi relié à une platine de mise en mouvement classique, dont le déplacement est commandé par des organes de commande tels que vérins -11-

logés dans la jambe de l'aile portante.

Il est à noter que les volets articulés sur un

plan porteur, prévus sur certains dispositifs de sustenta-

tion existants, n'ont souvent qu'un seul degré de liberté, à savoir l'angle de braquage. Le décalageA x et l'entreplan th permettent ici d'obtenir toutes les configurations intermédiaires, avec en particulier une position rentrée pour définir une aile unique au profil plat (l'aileron de bord de fuite est apte à s'intégrer au plan porteur principal), et une position

biplan pour définir une géométrie dont on peut choisir la con-

figuration; l'aile portante 4 est représentée dans une

telle position biplan aux figures 5 et 6.

Les différentes positions relatives entre le plan

porteur principal 11 et l'aileron de bord de fuite 12, cor-

respondant à des phases de vol associées à toute la gamme de vitesses prévues, seront décrites plus en détail

ci-après en regard des schémas a) à g) de la figure 7.

On va maintenant décrire un exemple de mode de réa-

lisation des moyens d'injection de gaz,étant entendu que la structure de ces moyens pourra être modifiée selon le type de navire rapide équipé du dispositif de propulsion et de sustentation de l'invention. Néanmoins, quelle que soit la

structure retenue, il doit subsister un principe fondamen-

tal dans le cadre de la présente invention, selon lequel -

l'aile portante remplit d'abord une fonction de sustentat-

tion lorsque la propulsion est assurée par des moyens con-

ventionnels, donc lorsque les moyens d'injection de gaz ne sont pas utilisés pour prendre en charge cette propulsion,

puis une fonction supplémentaire de propulsion lorsque les-

dits moyens d'injection sont utilisés.

Le dispositif de l'invention se démarque ainsi ra-

dicalement des dispositifs connus évoqués plus haut, car l'intégration réalisée permet de piloter le navire rapide -12- ainsi équipé sur toute la plage de vitesses; au contraire, les hydroptères connus de la troisième génération, utilisant l'effet propulsif de la détente d'une émulsion gaz-liquide dans une tuyère, n'ont pas cette intégration, et comportent des plan propulseurs faiblement porteurs à basse vitesse.

Ceci a naturellement une influence directe et très importan-

te sur la stabilisation et l'aptitude au pilotage.

On distingue sur la figure 5 deux conduites d'ali-

mentation 14, 15, respectivement associées au plan porteur

principal 11 et à l'aileron de bord de fuite 12. Ces condui-

tes sont montées en aval d'un compresseur (non représenté),

et arrivent par la jambe 5 de l'aile portante 4. Le raccor-

dement avec changement de direction s'effectue au niveau de la nacelle 7, au moyen de tronçons associés 14', 15'

constituant des coudes articulés, rigides ou flexibles, équi-

pés de colliers tournants classiques. On pourra avantageuse-

ment prévoir un montage sur platines dont le mouvement est asservi à celui de l'aile portante (plan porteur principal et/ou aileron de bord de fuite), afin de ne pas exercer

d'efforts excessifs sur les parties vulnérables de ces con-

* duites. Pour l'aileron de bord de fuite 12, la conduite 15, ' se raccorde à un canal longitudinal 16, communiquant

avec une fente 17, ici continue, débouchant au niveau de l'extra-

dos. Cette fente est inclinée vers l'arrière selon an angle faible

>(figure 6), qui est par exemple de l'ordre de 10 . On dis-

pose ainsi d'une injection répartie uniformément le long de

l'envergure de l'aileron de bord de fuite.

Pour le plan porteur principal 11, on pourrait uti-

liser des moyens identiques aux précédents. Il est cependant

plus intéressant de prévoir une structure permettant un ajus-

tage des conditions d'injection.au niveau de l'intrados du

plan porteur principal.

Il est ici prévu deux fentes parallèles 18, 19: la

duplication optionnelle des fentes permet de modifier la longueur de 1'é-

-13-

tage de détente. Ces fentes débouchent de 1 'intrados du plan porteur prin-

cipal 11 dans la zone de recouvrement de l'aileron de bord de fuite 12.

De façon à utiliser l'une ou l'autre de ces fentes, chacune de celles-ci est reliée à la conduite d'alimentation par un canal indépendant 20,21 respectivement. Ces canaux peuvent être définis par des profilés

tubulaires 22, 23 (figure 5) fixés sur un fourreau cylindri-

que d'alimentation 24 tar exemple réalisé en laiton) dans

lequel est monté un boisseau 25 dont l'ouverture transver-

sale axiale 26, permet d'alimenter l'une ou l'autre des fentes (filets 1 ou filets 2), selon la position angulaire dudit boisseau. En variante, les canaux 20, 21 peuvent être

définis par une succession d'entretoises 27, 28 (figure 6).

Ces entretoises peuvent être parallèles, auquel cas chacune

des fentes d'injection 18, 19 est définie par une succes-

sion de petites fentes. Ces entretoises peuvent aussi être

inclinées pour former des canaux s'élargissant vers l'arriè-

re de l'aileron de bord de fuite, les fentes adjacentes de

sortie ainsi définies débouchant au niveau d'une fente com-

mune qui est ici continue. Ces dispositions visent à élimi-

ner l'inconvénient des pertes de charge, et améliorer ainsi

sensiblement les caractéristiques d'écoulement du gaz injec-

té; de tels canaux à forme trapézoïdale sont illustrés sur

la vue de dessous de la figure 8.

Sur la figure 6, on a illustré une chambre d'ali-

mentation continue 29 (alimentée directement par la conduite

14, 14'). Le fourreau 24 présente alors une pluralité d'ou-

vertures d'entrée 30, dont le dimensionnement permet l'ali-

mentation de l'un ou l'autre des canaux 20, 21 par des ou-

vertures de sortie correspondantes 31, 32, respectivement.

La rotation du boisseau 25 permet ainsi non seu-

lement de passer d'une fente d'injection à l'autre, mais

également d'ajuster la pression du gaz sortant par ladite fen-

-14- te d'injection, ce qui constitue un paramètre suppl&oentaire de réglage

aisément contrôlable. On pourra également prévoir un cou-

plage des moyens d'injection associés au plan porteur prin-

cipal et à l'aileron de bord de fuite, pour permettre d'a-

juster la répartition du gaz dans l'ensemble biplan, ce qui permet d'obtenir un autre paramètre de réglage pour

l'injection du gaz.

Il peut s'avérer utile, dans le cas d'ailes por-

tantes de dimensionnement important, d'améliorer la répar-

tition du débit de gaz d'alimentation lelong de l'enver-

gure du plan porteur principal. Ceci peut être obtenu en ménageant, dans la chambre 29, des flasques de guidage 33 canalisant les filetsde gaz vers des ouvertures d'entrée 30

prédéterminées du fourreau 24, ainsi que cela a été repré-

senté sur la figure 8. En alimentant un plus grand nombre

d'ouvertures 30 dans-la zone d'extrémité de l'aile par rap-

port à la zone de pied, on tient mieux compte de la charge

réelle du plan porteur principal en fonction de l'envergu-

re, et on peut ainsi obtenir une pression globale plus

élevée.

On parvient ainsi à injecter du gaz avec une très

grande vitesse et une faible incidence (les angles de sor-

tie f et b des fentes d'injection 18, 19 -voir figure 6-

sont de l'ordre de 5 ) dans l'étage de détente de la tuyère 13 définie par le plan porteur principal 11 et l'aileron de bord de fuite 12,

lorsque ces éléments porteurs sont dans.une position bi- plan, l'effet propulsif étant obtenu par la détente de l'é-

mulsion gaz-liquide dans un étage non convergent de la tuyère, conformément au principe de propulsion par Culseur à dilution étagée (EDE) décrit dans le brevet français

2.261.926. L'injection réalisée dans la zone de recouvre-

ment des deux éléments porteurs permet ainsi d'obtenir l'ef-

fet de détente courte très efficace réalisé avec un propul-

-15-

seur du type du brevet précité. Du fait de la faible lon-

gueur de détente requise par ce type de propulsion, celle-ci peut être disposée à l'extrême arrière de l'aile portante immergée, ce qui, combiné, à l'effet de sustentation obtenu par la structure en plan porteur principal et aileron de bord de fuite, permet des performances élevées en combinant

à toutes les vitesses la propulsion et la sustentation.

Les différentes phases illustrées schématiquement à la figure 7 vont permettre de faire clairement ressortir

les avantages du dispositif de l'invention, avec l'adapta-

bilité de l'aile portante aux conditions de vol en vue d'un

pilotage de plus en plus fin,au fur et à mesure que le na-

vire atteint des vitesses élevées.

a) L'aile portante est relevée, et une propulsion auxiliai-

re sur coque assure les manoeuvres portuaires; cette propulsion est schématisée ici par une hélice de coque 34.

b) L'aile portante 4 est immergée, et une propulsion prin-

cipale, ici l'hélice marine 6, remplace lapropulsion auxiliaire; la configuration illustrée correspond à une navigation à basse vitesse pour la sortie de port (vitessesde l'ordre de 10 à 15 noeuds), l'aileron de

bord de fuite 12 étant alors intégré dans le plan por-

teur principal 11.

c) L'aileron de bord de fuite 12 est reculé et entièrement

braqué (l'angle S est d'environ 12 ), de sorte que l'ai-

le portante immergée 4 assure une fonction d'hypersus-

tentation lors du décollage, et on peut obtenir ainsi une vitesse de décollage aussi basse que possible,'de l'ordre de 20 à 25 noeuds; la propulsion principale est

alors à puissance maximale etrendement propulsif maximal.

d) L'aileron de bord de fuite 12 est ramené vers le plan porteur principal 11 en vue d'un profil plat, et le -16- navire est en pthase de vol subcavitant, une vitesse de 50 noeuds pouvant alors être atteinte sans caviter grâce à 1 'hélice marine 6 à hautes performances; le pilotage se fait de préférence en

agissant seulement sur l'aileron de bord de fuite (sans modifica-

tion du calage du plan porteur principal) pour éviter les problè-

mes de cavitatiao, en jouant essentiellement sur l'angle de braqua-

ge &, et éventuellement sur le décalage /Ax pour faci-

liter le pilotage en cas de houle (la fente ainsi générée

modifie en effet l'attaque du plan porteur par le fluide).

e) L'aileron de fond de fuite 11 est abaissé pour augmenter l'entreplan A h et définir un étage de détente, et les moyens d'injection de gaz sont actionnés: il s'agit alors d'une

phase de transition au cours de laquelle on réalise pro-

gressivement un transfert de puissance de la propulsion conventionnelle (hélice 6) vers le système propulsif par émulsion à dilution étagée (EDE) dans la tuyère 13 à

étage de détente non convergent ainsi définie; un exem-

ple de moyens permettant un tel transfert de puissance

est illustré à la figure 9, et sera décrit plus loin.

f) Le transfert de puissance est terminé, et la propulsion

est assurée par le système EDE seul; cette phase corres-

pond à une adaptation de l'ensemble biplan au régime con-

cerné (vitesses de l'ordre de 50 à 60 noeuds), en jouant sur les paramètres de réglage de l'aileron de bord de fuite (Ah, /x, S); en vue d'une configuration optimale de l'étage de détente au système EDE (en particulier, on tendra à se rapprocher d'une valeur de 1,2 pour le rapport des sections de sortie et d'entrée du diffuseur, et d'une valeur de 6 pour le rapport entre la longueur de l'étage de détente et la hauteur de la veine

liquide en sortie).

g) Le régime est établi, et on maintient le plan porteur principal 11 et l'aileron de bord de fuite 12 dans leur -17- position relative adaptée, atteinte à la fin de la phase précédente, la vitesse dépassant alors largement 60 noeuds; la stabilisation et le pilotage du navire se font alors en jouant sur le débit de gaz injecté, et la répartition de ce gaz entre le plan porteur principal et l'aileron de bord de fuite (l'expérience montre qu'une suppression complète de l'injection par l'aileron de bord de fuite entraîne une réduction importante des performances et un écoulement hydrodynamique instable différent de l'écoulement du type EDE, de sorte que l'on

évitera dans la pratique d'aller au-delà d'une réparti-

tion 90 % - 10 % pour le plan porteur principal et l'ai-

leron de bord de fuite).

Il ressort des explications qui précèdent que le pilotage s'affine progressivement au fur et à mesure que

l'on atteint des vitesses de vol élevées: en phase de pro-

pulsion EDE établie, on régule par les gaz la poussée et

la portance, ce qui permet un pilotage fin car la configura-

tion de l'aile portanteimmergée n'est pas modifiée, de sorte que l'on n'agit sur aucun organe mécanique saillant. Ceci montre bien que le concept de propulsion et de sustentation

intégrée de l'invention se démarque radicalement des systè-

mes utilisés jusque. là pour les hydroptères de la troisième

génération à "réacteur liquide".

Ainsi, dans le cadre de la présente invention, l'aileron de bord de fuite peut assurer, avec le concept de

propulsion et de sustentation intégrées, des fonctions dis-

tinctes selon les différentes phases de vol: - hypersustentation lors du décollage, - pilotage en vol subcavitant, - contribution à l'intégration de la propulsion et de la sustentation avec adaptation de l'étage de détente EDE aux conditions de vol, -18- - participation en régime établi (propulsion EDE seule) à

la stabilisation et au pilotage de l'appareil, par l'in-

jection du gaz étant donné que l'aileron de bord de fuite reste essentiellement fixe dans cette phase de vol. La figure 9 illustre un mode de réalisation possi-

ble de moyens permettant un transfert progressif de puis-

sance de la propulsion classique vers la propulsion EDE,

mode de réalisation dans lequel ces moyens sont essentiel-

lement mécaniques.

Le moteur 35 du navire est relié, par un arbre de sortie 36, à l'entrée d'un réducteur à renvoi d'angle 37: un premier arbre de sortie 38 agit sur un compresseur 39,

dont les conduites de sortie 40, 41 sont reliées aux condui-

tes d'alimentation en air 14, 15 du plan porteur principal et l'aileron de bord de fuite, tandis qu'un deuxième arbre

de sortie 42 est relié au renvoi d'angle 43 de l'hélice 6.

De tels moyens permettent aisément de réaliser le transfert de puissance désiré. On pourrait naturellement prévoir une autre disposition avec un compresseur monté en prise directe sur le moteur, ledit moteur ayant alors deux sorties indépendantes; cette solution, plus simple sans

doute quant au mode de transmission, aurait néanmoins l'in-

convénient de nécessiter une loi de commande propre au com-

presseur.

On a pu voir que le dispositif de l'invention com-

bine ainsi réellement propulsion et sustentation. De plus, avec l'intégration du système, combinée à une transmission

de puissance additionnelle sous forme pneumatique, on sup-

prime la nécessité de disposer de nacelles supplémentaires de volume important pour la transmission de la puissance propulsive. C'est d'ailleurs cette sensibilité à la traînée qui établit une limite pratique du système à des navires -19- rapides de tonnage moyen (en fait, on pourrait estimer cette

limite à 500 tonnes environ); de toute façon, plus le ton-

nage du navire sera élevé, plus on aura tendance à utiliser

toute la largeur disponible pour l'aile portante immergée.

Le dispositif de l'invention permet ainsi de main-

tenir une portance constante et d'éviter les effets de ra-

lentissement par les vagues; le pilotage fin à haute vi-

tesse est facilité, car, si le débit d'air-augmente, donc la poussée aussi, on contrecarre l'effet de ralentissement,

ce qui améliore sensiblement la stabilité du navire en posi-

tion=et en vitesse.

L'invention n'est pas limitée au mode de réalisa-

tion qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante reprenant de manière équivalente les moyens

essentiels figurant aux revendications.

En particulier, on pourra prévoir des moyens sup-

plémentaires permettant de régler la section de passage du

gaz au niveau des fentes d'injection.

De même, le type d'application du dispositif décrit ne doit pas être considéré comme limitatif: par exemple,

on peut concevoir une "aile portante immergée" dont la fonc-

tion est essentiellement stabilisatrice.

-20-

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de propulsion et de sustentation pour navires rapides à aile portante immergée,tels que des hydroptères, caractérisé par le fait que l'aile portante (4) comporte un plan porteur principal (11) et un aileron de bord de fuite (12) articulé, ainsi que des moyens (14,25;15,16) pour injecter du gaz à grande vitesse et sous une faible incidence à partir de l'intrados du plan porteur principal (11) et de l'extrados de l'aileron de bord de fuite (12), et par le fait que le plan porteur principal (11) et l'aileron de bord de fuite (12)

assurent d'une part la sustentation à basse vitesse, en l'ab-

sence d'injection de gaz, la propulsion étant alors assurée de façon classique par des moyens mécaniques, et permettent d'autre part de définir dans une position biplan un tuyère (13)

à écoulement diphasique assurant la propulsion à haute vi-

tesse, en cas d'injection de gaz dans la zone de.recouvrement, par effet de détente dans un étage non convergent de ladite

tuyère de l'émulsion gaz-liquide qui y est générée, les fonc-

tions de propulsion étant alors intégrées aux fonctions de

sustentation de l'aile portante (4).

2. Dispositif de propulsionetde sustentation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'aileron de

bord de fuite (12) est apte à s'intégrer au-plan porteur prin-

cipal (11), de manière à pouvoir ainsi former une aile uni-

que au profil plat qui retarde au maximum l'apparition du

phénomène de cavitation.

3. Dispositif de propulsion et de sustentation selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'aileron de bord de fuite (12) peut être reculé et braqué par rapport au plan porteur principal (11), de façon à pouvoir assurer une

fonction d'hypersustentation au décollage.

-21-

4. Dispositif de propulsion et de sustentation selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il est prévu un braquage possible de l'aileron de bord de fuite (12) à partir de la position intégrée de celui-ci, et du plan porteur principal par rapport à la ou les jambes le reliant à

la coque du navire, le braquage de l'un et/ou l'autre permet-

tant le pilotage en vol subcavitant.

5. Dispositif de propulsion et de sustentation

selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le

fait que l'ensemble biplan formé par le plan porteur princi-

pal (11) et l'aileron de bord de fuite (12),lors de la pro-

pulsion à haute vitesse, définit un entreplan qui est pré-

vu réglable pour adapter l'étage de détente de la tuyère aux conditions de vol.

6. Dispositif de propulsion et de sustentation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens d'injection de gaz comportent, pour le plan porteur

principal (11) et l'aileron de bord de fuite (12), une con-

duite d'alimentation (14,26;15,16) disposée selon l'envergure de l'ai-

le portante et acheminant le gaz par un canal associé vers

au moins une fente d'injection (18, 17).

7. Dispositif de propulsion et de sustentation selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le plan

porteur principal (11) comporte au moins deux fentes d'injection pa-

rallèles (18,19), chacune desdites fentes d'injection étant reliée à la conduite d'alimentation par un canal indépendant, de sorte que le gaz soit injecté par l'une ou l'autre de ces fentes.

8. Dispositif de propulsion et de sustentation

selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé par le

fait qu'il comporte des moyens permettant d'ajuster les ca-

ractéristiques du gaz sortant par la fente d'injection as-

sociée (17, 18, 19).

-22-

9. Dispositif de propulsion et de sustentation selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les moyens d'injectioncomportent un boisseau (25) tournant dans un

fourreau à lumières (24), intercalé entre la conduite d'a-

limentation (29) et le ou les canaux associés, la rotation dudit boisseau permettant d'ajuster la pression du gaz sortant

par la fente d'injection associée.

10. Dispositif de propulsion et de sustentation selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la conduite d'alimentation (29) du plan porteur principal (11) orporte des flasques de guidage (33) canalisant les filets de gaz vers des ouvertures d'entrée prédéterminées du fourreau (24), en vue d'une meilleure répartition de la pression de

gaz le long de l'envergure.

11. Dispositif de propulsion et de sustentation

selbn l'une des revendications 6 à 10, caractérisé par le

fait que les moyens d'injection de gaz associés au plan por-

teur principal (11) et à l'aileron de bord de fuite (12) sont couplés pour permettre d'ajuster la répartition du gaz dans

l'ensemble biplan.

12. Dispositif de propulsion et de sustentation

selon les revendications 5, 8 et 11, caractérisé par le fait

que,lorsque le régime de propulsion à haute vitesse est éta-

bli, l'aileron de bord de fuite (12) est maintenu dans sa po-

sition adaptée, la stabilisation et le pilotage se faisant alors par le choix du débit de gaz et/ou de la répartition

du gaz injecté dans l'ensemble biplan.

13. Dispositif de propulsion et de sustentation

selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il com-

porte des moyens (37) permettant un transfert progres-

sif de puissance,de la propulsion classique vers la propul-

sion par détente de l'émulsion gaz-liquide dans la tuyère.

14. Dispositif de propulsion et de sustentation -23- selon la revendication 13, caractérisé par le fait que les

moyens de transfert progressif comportent un ensemble réduc-

teur a renvoi d'angle (37), dont les sorties permettent d'actionner un moyen de propulsion classique tel qu'hélice ou hydrojet, et/ou un compresseur prévu pour l'injection de gaz.

15. Dispositif de propulsion et de sustentation

selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par

le fait que l'aile portante immergée est constituée de deux

sous-ensembles indépendants (4) en T inversé, disposés trans-

versalement à la coque.

16. Dispositif de propulsion et de sustentation

selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le

fait que l'aile portante immergée est constituée d'un en-

semble unique en Ir inversé, avec une aile centrale (4') re-

liant deux nacelles (7).

17. Dispositif de propulsion et de sustentation

selon la revendication 16, caractérisé par le fait que l'ai-

le centrale (4') se prolonge au-delà de chaque nacelle par

une aile d'extrémité (4").