Hélice destinée travailler en régime
supersonique pour la propulsion aérienne
La presente invention concerne les hélices aériennes , pour propulseurs d'aéronef en general et particuliérement pour un appareil individuel devol
La plupart des moteurs donnent leur puissance maximale à une vitesse de rotation plutôt elevée .Si on accouple une hélice,directement sur l'axe dudit moteur ,ladite hélice tourne à la méme vitesse que le moteur ,alors les extrémités des pales de l'hélice dépassent la vitesse du son dans l'air (qui est d'environ 340 m/s dans l'air au niveau du sol).Il en resulte des effets de compression de l'air au niveau de ces parties qui provoquent une augmentation du couple résistant et une diminution de la traction ,donc une perte de rendement
Sont connues quelques solutions permettant d'améliorer la situation ,par exemple en transformant la section des pales proche des extremités en un profil du type laminaire et en donnant à la pale un léger gauchissement négatif ,ou en disposant un réducteur de vitesse angulaire entre le vilebrequin du moteur et l'hélice .Avec ces modifications ,.la perte de rendement n'est pas trop importante tant que la vitesse tangentielle des extrémités n'excède pas la vitesse du son dans ltair . Propeller intended to work in mode
supersonic for air propulsion
The present invention relates to overhead propellers, for aircraft thrusters in general and particularly for an individual flight device.
Most engines give their maximum power at a rather high speed of rotation. If we couple a propeller, directly on the axis of said engine, said propeller rotates at the same speed as the engine, then the ends of the propeller blades exceed the speed of sound in air (which is about 340 m / s in air at ground level). This results in effects of air compression on these parts which cause an increase in resisting torque and a decrease in traction, thus a loss of efficiency
A few solutions are known which make it possible to improve the situation, for example by transforming the section of the blades close to the ends into a profile of the laminar type and by giving the blade a slight negative warping, or by having an angular speed reducer between the crankshaft. engine and propeller. With these modifications, the loss of efficiency is not too great as long as the tangential speed of the ends does not exceed the speed of sound in air.
La presente demande propose une forme de pales d'hélice qui permette de dépasser la vitesse du son sur les extrémités des dites pales ,et par suite de placer directement l'hélice sur ltaxe du moteur ,sans réducteur
Earceque chaque partie d'une pale d'hélice à une section droite semblable à un profil d'aile d'avion et parceque pendant la rotation une pale d'hélice se comporte comme une aile d'avion ,on peut faire une analogie entre les deux pour les trois types differents d'ailes d'avion connus
Le premier cas est relatif à l'analogie entre une aile d'avion qui vole à une vitesse subsonique et qui presente une forme d'aile en general rectangulaire et une pale d'hélice normale
Le deuxieme cas est l'analogie entre une aile en flèche pour avion volant à une vitesse transsonique et une pale d'hélice rapide moderne qui a une forme en plan qui ressemble à une aile en flèche
Le troisieme cas nous conduit ,selon l'invention ,à une analogie entre pale d'hélice et aile delta d'avion destiné à voler à une vitesse supersonique .Une telle pale d' hélice est 1' objet de la presente demande de brevet et qui à donc une forme en plan qui correspond à une aile delta
Dans ce dernier cas l'air qui vient de face est orienté selon des angles faibles par rapport au bord d'attaque ,comme dans le cas d' une aile delta
En section ,cette pale presente vers ses extremités un profil fin et laminaire ,comme le profil d'une aile delta
Cette hélice peut être particulièrement adaptée à un appareil individuel de vol ,tel que décrit dans la demande du brevet français No. 9012452 déposé le 9 oct. 1990 du pres ent demandeur ,comportant un appareil individuel de vol constitué de deux moteurs à combustion interne entraînant deux hélices disposées selon un plan horizontal à la partie superieure des deux moteurs ,ces deux moteurs étant soutenus par une barre ou un tube qui peut supporter ,au milieu ,la combinaison de vol du pilote .Selon ce brevet sur cette barre se trouvent aussi deux barres verticales avec deux manettes ::1' une pour I'accélération et l'autre pour la manoeuvre de rotation de Appareil , par deux ailes orientables , placées au dessous des hélices .Dans un tel appareil une telle hélice permet d'éviter d' interposer un réducteur ,générateur de poids et de volume supplementaire particulièrement nuisible dans le cas d'un appareil portable
Pour un tel appareil ,l'hélice qui constitue la presente demande de brevet peut être à pas fixe et comme pour d'autres
utilisations être adaptée pour presenter un pas variable autour d'un axe disposé en prolongement du bord de fuite et sensiblement radial ,pour ne pas toucher les petites ailettes d'orientation dans le cas de l'appareil individuel de vol ,qui se trouvent au dessous ,pendant la variation du pas .Dans ce cas ,ledit axe peut pivoter dans un tige de liaison disposée obliquement et reliée au bord d'attaque de la pale qui assure la rigidité avec la partie frontale de ladite pale
Selon une autre caracteristique de cette hélice ,sur le bord d' attaque de chaque pale est prévu un orifice qui ,pendant la rotation d'hélice ,peut capter et diriger l'air par un canal disposé à ltinterieur de la pale ,vers le centre du moyeu d' hélice pour livrer au moteur qui ltentratne de ltair d'admission a une pression elevée
Des figures sont jointes à titre illustratif
Les figures la et lb correspondent à 1' analogie entre une aile d'avion qui vole à une vitesse subsonique et qui presente une forme d'aile en géneral rectangulaire et une pale d'hélice normale qui ressemble à une aile rectangulaire
Les figures 2a et 2b representent l'analogie entre une aile en flèche d'avion qui vole à une vitesse transsonique et une pale d'hélice rapide moderne qui à une forme en plan qui ressemble à une aile en flèche
Les figures 3a et 3b illustrent l'analogie entre une aile delta d'avion destinée à voler à vitesse supersonique et une pale d'hélice qui est l'objet de la presente demande de brevet et qui a une forme en plan correspondant à une aile delta
La figure 4 represente un mode de réalisation de l'hélice avec un minimum de 2 pales selon l'invention ,presentant une forme caractéristique ,caractérisée par un profil mince d'aile delta dont le bord d' attaque convexe presente angulairement sur toute sa longueur un angles faible par rapport aux circonferences balayées par les filets d' air correspondants ,cet angle allant en diminuant du moyeu (o(1)vers l'extrémité et s' annulant (o4)en extrémité ou le bord de fuite est sensiblement radial .Cette figure illustre une hélice avec des pales à pas variables ,celles ci sont attachées aux moyeu (8)par deux élements ,un axe (1) qui est l'axe de pivotement des pales et qui est contenu dans le palier (3)et la tige (2)qui fait la liaison entre l'axe (1) et la partie frontale des pales .Dans cette figure sont également representés des canaux (4)qui sont prévus dans les pales pour capter l'air et se prolongent par 1' axe (1) jusqu' au centre du moyeu d' hélice pour livrer au moteur l'air admis avec une pression elevée
La figure 5 est une vue montrant par différents coupes circonferentielles realisées selon les différents rayons R1 à Rs ,les profils correspondants de la pale d'hélice conforme à ltinvention presentant des angles d'incidence )rdécroissants
La figure 6 est une vue latérale d'une hélice bipale à profil droit
La figure 7 est une vue latérale d'une hélice avec pales presentant de profil un gauchissement vers l'arrière ,dans le but de diminuer l'angle d'attaque de la pale vers son extremité
La figure 8 represente la vue de face d'une pale à pas variable autour de l'axe (1)supporté par le palier (3) et pourvue d'un canal (4) avec orifice d'entrée (5)sur le bord d'attaque ,l'axe (l)étant relié par une tige de renfort (2)à la partie avant de la pale qui est pourvue par ailleurs d'une découpe centrale concave (6)corespondant à une fraction angulaire de la peripherie du moyeu de l'hélice
Les figures 9 et 10 illustrent deux variantes d'hélices avec 3 et 4 pales
La figure il represente une vue en perspective d' une hélice bipale
La figure 12 represente une hélice à pas variable adaptée pour des aeronefs destinés a voler avec une grande vitesse ,d'environ 1000 km/h ;on peut voir que chaque pale est prolongée en partie avant du moyeu par une partie profilée en triangle (11) . The present application proposes a form of propeller blades which makes it possible to exceed the speed of sound on the ends of said blades, and consequently to place the propeller directly on the axis of the engine, without reduction gear.
Since each part of a propeller blade has a cross section similar to an airplane wing profile and because during rotation a propeller blade behaves like an airplane wing, we can make an analogy between the two for the three different types of known airplane wings
The first case relates to the analogy between an airplane wing which flies at a subsonic speed and which has a generally rectangular wing shape and a normal propeller blade
The second case is the analogy between an arrow wing for an airplane flying at a transonic speed and a modern fast propeller blade which has a shape in plan which resembles an arrow wing.
The third case leads us, according to the invention, to an analogy between propeller blade and delta wing of an airplane intended to fly at a supersonic speed. Such a propeller blade is the subject of the present patent application and which therefore has a planar shape which corresponds to a delta wing
In the latter case the air coming from the front is oriented at small angles relative to the leading edge, as in the case of a delta wing
In section, this blade presents at its ends a thin and laminar profile, like the profile of a delta wing.
This propeller can be particularly suitable for an individual flight device, as described in the application for French patent No. 9012452 filed on Oct. 9, 1990 by the present applicant, comprising an individual flight device consisting of two internal combustion engines driving two propellers arranged in a horizontal plane at the upper part of the two motors, these two motors being supported by a bar or a tube which can support, in the middle, the pilot's flight suit. According to this patent on this bar there are also two vertical bars with two levers: one for acceleration and the other for the rotation maneuver of the apparatus, by two orientable wings, placed below the propellers. in such an apparatus such a propeller makes it possible to avoid interpose a reducer, weight generator and additional volume particularly harmful in the case of a portable device
For such an apparatus, the propeller which constitutes the present patent application may be with fixed pitch and as for other
uses be adapted to present a variable pitch around an axis arranged in extension of the trailing edge and substantially radial, so as not to touch the small orientation fins in the case of the individual flight device, which are located below , during the variation of the pitch. In this case, said axis can pivot in a connecting rod arranged obliquely and connected to the leading edge of the blade which ensures rigidity with the front part of said blade
According to another characteristic of this propeller, on the leading edge of each blade is provided an orifice which, during the rotation of the propeller, can capture and direct the air by a channel arranged inside the blade, towards the center from the propeller hub to deliver to the engine which drives the intake air at high pressure
Figures are attached for illustrative purposes
Figures 1a and 1b correspond to the analogy between an airplane wing which flies at a subsonic speed and which has a generally rectangular wing shape and a normal propeller blade which resembles a rectangular wing.
Figures 2a and 2b show the analogy between an airplane boom wing that flies at transonic speed and a modern fast propeller blade that has a planar shape that resembles a boom wing
FIGS. 3a and 3b illustrate the analogy between an airplane delta wing intended to fly at supersonic speed and a propeller blade which is the subject of the present patent application and which has a plan shape corresponding to a wing delta
Figure 4 shows an embodiment of the propeller with a minimum of 2 blades according to the invention, having a characteristic shape, characterized by a thin profile of a delta wing whose convex leading edge angularly presents over its entire length. a small angle relative to the circumferences swept by the corresponding air streams, this angle decreasing from the hub (o (1) towards the end and canceling out (o4) at the end where the trailing edge is substantially radial. This figure illustrates a propeller with blades with variable pitch, these are attached to the hubs (8) by two elements, an axis (1) which is the pivot axis of the blades and which is contained in the bearing (3) and the rod (2) which makes the connection between the axis (1) and the front part of the blades. In this figure are also represented channels (4) which are provided in the blades to capture air and are extended by 1 axis (1) to the center of the propeller hub to deliver to the mo air intake with high pressure
Figure 5 is a view showing by different circumferential sections made according to the different radii R1 to Rs, the corresponding profiles of the propeller blade according to the invention having decreasing angles of incidence)
Figure 6 is a side view of a two-bladed propeller with a straight profile
FIG. 7 is a side view of a propeller with blades having a backward warping in profile, with the aim of reducing the angle of attack of the blade towards its end
Figure 8 shows the front view of a blade with variable pitch around the axis (1) supported by the bearing (3) and provided with a channel (4) with inlet orifice (5) on the edge attack, the axis (l) being connected by a reinforcing rod (2) to the front part of the blade which is moreover provided with a concave central cutout (6) corresponding to an angular fraction of the periphery of the propeller hub
Figures 9 and 10 illustrate two variants of propellers with 3 and 4 blades
The figure represents a perspective view of a two-bladed propeller
Figure 12 shows a variable pitch propeller suitable for aircraft intended to fly at high speed, around 1000 km / h; we can see that each blade is extended in the front part of the hub by a triangular profiled part (11 ).
La figure 13 représente la même hélice à pas variable ,les pales étant dans la position de pas réduit" qui est spécifique au decollage de l'aéronef ,ou le prolongement (ll)est decalé vers l'arrière par rapport au moyeu
En réference à ces dessins ,hélice qui fait I'objet- de cette invention est constituée par un nombre minimum de 2 pales , mais aussi par exemple 3 ou 4 selon les figures 6 et 7 ,qui ont toujours un profil mince d'aile delta dont le bord d'attaque presente angulairement sur toute sa longueur un angle faible 90qo0 décroissant du moyeu vers l'extrémité ,en allant en diminuant progressivement dudit moyeu vers ladite extrémité et dont le bord de fuite (9) est sensiblement radial.FIG. 13 represents the same variable-pitch propeller, the blades being in the position of reduced pitch "which is specific to the takeoff of the aircraft, or the extension (ll) is shifted rearward relative to the hub
In reference to these drawings, the propeller which is the object of this invention consists of a minimum number of 2 blades, but also for example 3 or 4 according to FIGS. 6 and 7, which always have a thin profile of a delta wing. whose leading edge angularly presents over its entire length a small angle 90qo0 decreasing from the hub towards the end, progressively decreasing from said hub towards said end and whose trailing edge (9) is substantially radial.
Ainsi cette hélice presente comme oaractéristique principale à la difference de toutes les autres hélices connues que du fait de leur forme qui ressemble à une aile delta les extrémités de ses pales peuvent dépasser la vitesse du son dans l'air ,ce qui a comme conséquence ,que cette hélice peut etre montée directement sur l'axe d'un moteur sans avoir besoin d'un réducteur de vitesse ,ce qui permet à l'appareil de gagner en légèrité et en simplicité ,notamment utilisable dans le cas de l'appareil individuel de vol décrit précédement
Une telle hélice peut etre realisée avec des pales à pas variable ,dans ce cas elles sont attachées au moyeu par deux éléments : un axe (1) qui est l'axe de pivotement des pales et qui est contenu dans un palier (3) du moyeu et la tige (2) qui fait la liaison entre l'axe (1) et la partie frontale des pales ,cette tige se deplagant dans une lumière oblongue (7) arquée sur la surface du moyeu d'hélice L'axe (1) est disposé en prolongement du bord de fuite (9) et sensiblement parallèle avec ledit bord de fuite qui est sensiblement radial .La tige (2) est disposée avec un angle compris entre 800 et 1200 sur l'axe (1) et elle se prolonge avec le bord d'attaque de la pale qui presente en plan la forme suivante : il démarre sensiblement perpendiculairement au corps du moyeu (8) ,s'incurve ,puis se continue avec une forme arquée comme une développante de cercle qui fait des angles faibles et presque égaux par rapport aux circonferences balayées correspondantes ,puis ces angles diminuent vers la partie extreme où ils 8'annulent à leur point de tangence avec la circonference extréme balayée ,de sorte à être assimilable à une aile delta d'avion supersonique ,montée rotative ,la largeur de cette pale étant maximum dans sa partie médiane
Entre les deux parties de liaison au moyeu ,la pale presente par ailleurs une découpe concave (6) située à ltexterieur dudit moyeu
Parceque les pales presentent une forme large ,on peut adapter facilement un canal incurvé (4) qui ,pendant la rotation de l'hélice peut capter l'air par une prise d'air (5) placée sur le bord d'attaque (10) et le diriger vers le centre du moyeu d'hélice pour livrer au moteur l'air avec une pression elevée faisant office ainsi de compresseur de l'air d' admission
Dans le cas d'une hélice à pas variable destinée à fonctionner sur un aéronef qui vole à grande vitesse ,d'approximativement 1000 kmSh ,chaque pale comporte un prolongement avant assurant la continuité du bord d'attaque de la pale vers la partie avant du moyeu , se terminant vers la pointe dans une direction sensiblement parallèle à l'axe dudit moyeu ,dans sa configuration de pas maximum ,à la manière d'un triangle incurvé à concavité dirigée vers 1' avant ,de sorte à former un profil aérodynamique canalisant les flux frontaux à grande vitesse de vol de l'aéronef ,la pointe de ce triangle étant disposée vers l'avant du moyeu et le côté opposé étant confondu avec la partie perpendiculaire au moyeu du bord d'attaque de la pale So this propeller presents as main characteristic unlike all other known propellers that because of their shape which resembles a delta wing the ends of its blades can exceed the speed of sound in the air, which has as a consequence, that this propeller can be mounted directly on the axis of an engine without the need for a speed reducer, which allows the device to gain in lightness and simplicity, in particular usable in the case of the individual device of flight described above
Such a propeller can be produced with variable pitch blades, in which case they are attached to the hub by two elements: an axis (1) which is the pivot axis of the blades and which is contained in a bearing (3) of the hub and rod (2) which makes the connection between the axis (1) and the front part of the blades, this rod moving in an oblong slot (7) arched on the surface of the propeller hub The axis (1 ) is arranged in extension of the trailing edge (9) and substantially parallel with said trailing edge which is substantially radial. The rod (2) is disposed with an angle between 800 and 1200 on the axis (1) and it extends with the leading edge of the blade which has the following shape in plan: it starts substantially perpendicular to the body of the hub (8), curves, then continues with an arcuate shape like an involute of a circle which makes angles small and almost equal to the corresponding swept circumferences, then these angles decrease towards the extreme part where they cancel at their point of tangency with the swept end circumference, so as to be assimilated to a delta wing of a supersonic airplane, rotatably mounted, the width of this blade being maximum in its middle part
Between the two connecting parts to the hub, the blade also has a concave cutout (6) located outside said hub.
Because the blades have a wide shape, one can easily adapt a curved channel (4) which, during the rotation of the propeller can capture the air by an air intake (5) placed on the leading edge (10 ) and direct it towards the center of the propeller hub to deliver air to the engine with high pressure thus acting as a compressor for the intake air
In the case of a variable-pitch propeller intended to operate on an aircraft which flies at high speed, of approximately 1000 kmSh, each blade has a forward extension ensuring continuity of the leading edge of the blade towards the front part of the hub, ending towards the tip in a direction substantially parallel to the axis of said hub, in its configuration of maximum pitch, in the manner of a curved triangle with concavity directed towards the front, so as to form a channeling aerodynamic profile the frontal flows at high speed of flight of the aircraft, the point of this triangle being disposed towards the front of the hub and the opposite side being coincident with the part perpendicular to the hub of the leading edge of the blade