FR2801938A1

FR2801938A1 - Propulsion unit with suction turbine producing thrust perpendicular to its axis

Info

Publication number: FR2801938A1
Application number: FR9906739A
Authority: FR
Inventors: Alexis Defarge
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2001-06-08

Abstract

The propulsion unit consists of a suction turbine (4) with its shaft (1) lying perpendicular to the thrust generated by virtue of the asymmetry of pressures created by diametrically opposite sectors of a fixed central hub (2) with an aperture (3). The turbine has a series of centrifugal vanes (4) held between two side flanges (5), one of which is mounted on the central drive shsaft by radial struts (6). It can be made with a number of stages with an inversion of the vanes' orientation in each stage, with the different stage rings being contrarotating or alternately fixed and rotating.

Description

La présente invention concerne un dispositif de propulsion turbine à dépression dont l'axe est perpendiculaire à la poussée. The present invention relates to a vacuum turbine propulsion device whose axis is perpendicular to the thrust.

Depuis quelques temps, il existe un dispositif exploitant la différence pression créée entre deux faces d'une paroi. La dépression est obtenue centrifugation des molécules afin de les empêcher d'atteindre la paroi. Cette centrifugation est produite au moyen d'une turbine particulière, entraînée par un moteur. Afin ne pas générer de réaction longitudinale qui viendrait s'opposer à la force propulsion, les aubes de cette turbine n'ont aucun pas, c'est à dire aucune incidence longitudinale. Elles se développent donc dans des plans parallèles à l'axe de rotation. Elles sont uniquement destinées à diriger vers la périphérie les molécules de . Le centre de cette turbine occupé par un moyeu creux de diamètre important, manière à ce que les pieds d'ailettes aient une vitesse importante. For some time, there has been a device exploiting the pressure difference created between two faces of a wall. The vacuum is obtained by centrifuging the molecules in order to prevent them from reaching the wall. This centrifugation is produced by means of a particular turbine, driven by a motor. In order not to generate a longitudinal reaction which would oppose the propelling force, the blades of this turbine have no pitch, that is to say no longitudinal incidence. They therefore develop in planes parallel to the axis of rotation. They are only intended to direct the molecules of. The center of this turbine occupied by a hollow hub of large diameter, so that the fin feet have a high speed.

Une face de cette turbine est ouverte et n'offre aucune résistance à pression (atmosphérique). L'autre face est fermée par un flasque qui subit pression extérieure, alors que sa face interne à la turbine n'est pas soumise chocs moléculaires puisque les molécules ont été centrifugées avant l'atteindre. La profondeur, nombre et la vitesse de rotation sont déterminés en conséquence. One face of this turbine is open and offers no resistance to pressure (atmospheric). The other face is closed by a flange which undergoes external pressure, while its internal face to the turbine is not subjected to molecular shocks since the molecules were centrifuged before reaching it. The depth, number and speed of rotation are determined accordingly.

La poussée donc produite perpendiculairement à la face du flasque subissant la différence pression, c'est à dire parallèlement à l'axe de rotation. The thrust therefore produced perpendicular to the face of the flange undergoing the pressure difference, that is to say parallel to the axis of rotation.

Le dispositif selon l'invention exploite lui aussi un déséquilibre pression mais d'une toute autre manière. En effet, la poussée produite est perpendiculaire @ l'axe de rotation de turbine chargée de créer la dépression importante contre une surface de paroi. Cette turbine sera donc conçue différemment. The device according to the invention also exploits a pressure imbalance but in a completely different way. Indeed, the thrust produced is perpendicular to the axis of rotation of the turbine responsible for creating the significant depression against a wall surface. This turbine will therefore be designed differently.

Elle comporte, elle aussi un important moyeu(2) creux traversé au centre par l'axe d'entraînement(1), mais ce moyeu n'est plus solidaire des pieds d'ailettes(8), puisqu'il est fixe. Les aubes centrifuges parallèles à l'axe, (sans incidence longitudinale) sont placées en couronne autour du moyeu fixe et maintenues par un flasque latéral(5) de chaque côté. L'un d'eux est en prise sur l'arbre central(1) de mise en rotation par des entretoises radiales(6) permettant la libre circulation de l'air. It also has a large hollow hub (2) traversed in the center by the drive axis (1), but this hub is no longer integral with the fin feet (8), since it is fixed. The centrifugal blades parallel to the axis, (without longitudinal incidence) are placed in a ring around the fixed hub and held by a lateral flange (5) on each side. One of them is engaged on the central shaft (1) for rotation by radial spacers (6) allowing the free circulation of air.

En périphérie de cette turbine est généralement placée une couronne d'aubes extractrices(9) fixes. Toutefois, un dispositif à plusieurs étages contrarotatifs peut être nécessaire en fonction de certains gaz ou certaines applications. At the periphery of this turbine is generally placed a ring of fixed extractor vanes (9). However, a device with several counter-rotating stages may be necessary depending on certain gases or certain applications.

Les aubes étant maintenues par les flasques latéraux(5), les pieds d'ailettes(8) n'ont donc plus besoin d'être soudés sur le moyeu central(2). De ce fait, ce moyeu cylindrique sera fixe et comportera une ouverture(3) sur un quart de sa circonférence environ. Par cette ouverture, l'air pourra pénétrer librement et sans résistance entre les pieds d'ailettes(8) centrifuges en rotation rapide. Cet ou autres gaz, sera immédiatement centrifugé vers la périphérie. Or en s'éloignant du centre, donc du moyeu, ces molécules laissent le vide derrière elles. Ainsi, I surface extérieure du moyeu central fixe (intérieure à la turbine), est mis en dépression importante au raz pieds d'ailettes(8) et ceci sur toute la circonférence, sauf niveau de l'ouverture qui n'offre aucune résistance à la pression. On constate alors que cette dissymétrie crée un déséquilibre des forces s'exerçant sur ce moyeu(2), qui se traduit par une poussée perpendiculaire à l'axe de rotation(1). The blades being held by the lateral flanges (5), the fin feet (8) therefore no longer need to be welded to the central hub (2). Therefore, this cylindrical hub will be fixed and will have an opening (3) over a quarter of its circumference. Through this opening, air can penetrate freely and without resistance between the feet of rapidly rotating centrifugal fins (8). This or other gases will be immediately centrifuged towards the periphery. However, moving away from the center, therefore from the hub, these molecules leave the void behind them. Thus, the external surface of the fixed central hub (internal to the turbine) is placed under significant depression at the level of the fin feet (8) and this over the entire circumference, except at the level of the opening which offers no resistance to pressure. It is then found that this asymmetry creates an imbalance of forces acting on this hub (2), which results in a thrust perpendicular to the axis of rotation (1).

Pour réduire cette poussée, il suffit de réduire la surface de l'ouverture du moyeu. To reduce this thrust, it is sufficient to reduce the surface of the opening of the hub.

Pour modifier la direction de cette poussée, il suffit de déplacer la position de cette ouverture. Pour une inversion de poussée, l'ouverture aura tourné de 180 . concentricité du moyeu fixe et de la turbine devra être parfaitement respectée de manière à ce que les pieds d'ailettes tournent le plus raz possible de ce moyeu fixe, sans frotter évidemment. To change the direction of this thrust, simply move the position of this opening. For a thrust reversal, the opening will have turned 180. concentricity of the fixed hub and the turbine must be perfectly respected so that the fin feet rotate as flush as possible with this fixed hub, without obviously rubbing.

Selon les modes particuliers de réalisation, la réduction de la surface de l'ouverture et son pivotement pourra s'opérer de différentes manières. Parmi les plus simples, on peut utiliser un deuxième cylindre parfaitement ajusté( comportant la même ouverture, s'emboîtant donc parfaitement dans le moyeu central(2), tournant avec lui lorsqu'il s'agit de faire pivoter la poussée. Une rotation séparée de l'un ou de l'autre déphasera leurs ouvertures, ce qui réduira ou augmentera surface commune de celle-ci, donc la poussée du propulseur. According to the particular embodiments, the reduction of the surface of the opening and its pivoting can take place in different ways. Among the simplest, we can use a second perfectly adjusted cylinder (comprising the same opening, thus fitting perfectly into the central hub (2), turning with it when it comes to pivoting the thrust. Separate rotation of one or the other will phase their openings, which will reduce or increase their common surface, therefore the thrust of the propellant.

Dans le cas ou l'orientation de la poussée est sans intérêt, et seule l'inversion modulée recherchée, ce moyeu pourra être constitué de deux secteurs de cylindre, de 135 chacun, pivotant en sens inverse et créant ainsi une ouverture jusqu'à 90 soit d'un coté soit de l'autre, inversant ainsi la poussée. In the case where the orientation of the thrust is irrelevant, and only the desired modulated inversion, this hub can be made up of two cylinder sectors, of 135 each, pivoting in opposite directions and thus creating an opening up to 90 either on one side or the other, thus reversing the thrust.

peut également utiliser un système coulissant(11) latéralement venant obturer plus ou moins la surface de l'ouverture. can also use a sliding system (11) laterally closing more or less the surface of the opening.

Tous ces éléments sont facilement manceuvrables individuellement par des commandes latérales(10), placées autour de l'axe central du côté du flasque ne comportant pas les entretoises radiales(6) qui le solidarisent à l'arbre d'entraînement la turbine. All of these elements are easily individually movable by lateral controls (10), placed around the central axis on the side of the flange not comprising the radial spacers (6) which secure it to the drive shaft of the turbine.

Les dessins annexés illustrent l'invention. The accompanying drawings illustrate the invention.

figure 1 représente en perspective une turbine à dépression avec son moyeu central fixe par l'ouverture(3) duquel on aperçoit les pieds d'ailettes(8) figure 2 représente une coupe par l'axe central de l'ensemble du dispositif dans son carter(7) La figure représente une coupe perpendiculaire à l'axe(1) de la turbine(4) . de son moyeu fixe avec son ouverture(3) et différentes entretoises radiales. Figure 1 shows in perspective a vacuum turbine with its central hub fixed by the opening (3) from which we can see the fin feet (8) Figure 2 shows a section through the central axis of the entire device in its casing (7) The figure represents a section perpendicular to the axis (1) of the turbine (4). of its fixed hub with its opening (3) and different radial spacers.

La figure 4 présente trois possibilités de conception de moyeu (2) permettant d'agir sur l'ouverture(3). Figure 4 shows three possibilities of hub design (2) to act on the opening (3).

référence à ces dessins, le dispositif comporte une turbine à dépression constituée d'un ensemble d'aubes centhfuges(4) sans pas, sans incidence, c'est à dire parallèlement à l'axe de rotation(1). Ces aubes sont maintenues entre deux flasques latéraux(5) dont l'un est en prise sur l'arbre centrai d'entrainement par l'intermédiaire d'entretoises radiales(6). Le deuxième flasque s'arrête au niveau des pieds d'ailettes (8), c' dire du moyeu central fixe. Autour de cette turbine(4) à rotation rapide est disposée une couronne d'ailettes directrices extractrices(9) fixes. Elles sont maintenues, elles aussi entre deux flasques latéraux(5) fixes, s'emboîtant exactement autour flasques(5) rotatifs de la turbine. Dans le cas dispositif fermé dans un carter(7), flasques fixes sont maintenus en place par entretoises(6) laissant la libre circulation du fluide. With reference to these drawings, the device comprises a vacuum turbine made up of a set of centrifugal blades (4) without steps, without incidence, that is to say parallel to the axis of rotation (1). These blades are held between two lateral flanges (5), one of which is engaged on the central drive shaft by means of radial spacers (6). The second flange stops at the level of the fin feet (8), that is to say of the fixed central hub. Around this rapidly rotating turbine (4) is arranged a crown of fixed extracting guide vanes (9). They are also maintained between two lateral flanges (5) fixed, fitting exactly around the rotating flanges (5) of the turbine. In the case of a device closed in a casing (7), fixed flanges are held in place by spacers (6) leaving the free circulation of the fluid.

Si nécessaire et en fonction des applications, la turbine(4) peut être constituée de plusieurs étages contrarotatifs ou simplement d'une alternance d'étages, rotatif/ fixe l rotatif I fixe (extractrices) avec une inversion de l'orientation pales à chaque étage. Le moyeu central fixe(2), c'est à dire ne tournant pas avec turbine. est centré sur l'arbre central(1) et sa rotation, ou pivotement autour de cet axe pourra être actionné par une commande latérale(10) du côté opposé au flasque de maintient et d'entraînement de la turbine. Ce moyeu cylindrique aura diamètre correspondant parfaitement au niveau du pied des aubes(8) de manière à que celles-ci tournent le plus près possible de la surface sans la frotter évidemment. C'est le passage très rapide de ces aubes au raz de sa surface qui créera la dépression la plus importante possible. If necessary and depending on the applications, the turbine (4) can be made up of several counter-rotating stages or simply an alternation of stages, rotary / fixed l rotary I fixed (extractors) with an inversion of the blades orientation at each floor. The fixed central hub (2), that is to say not rotating with a turbine. is centered on the central shaft (1) and its rotation, or pivoting around this axis can be actuated by a lateral control (10) on the side opposite the flange for holding and driving the turbine. This cylindrical hub will have a diameter corresponding perfectly to the level of the root of the blades (8) so that they rotate as close as possible to the surface without obviously rubbing it. It is the very rapid passage of these blades to the surface level which will create the greatest possible depression.

Ce moyeu cylindrique possède une ouverture(3), rectangulaire de préférence, sur un secteur de 90 environ c'est à dire le quart de la circonférence. Cette ouverture permettra au fluide de pénétrer entre les ailettes de la turbine sans résistance, et d'être centrifugé expulsé de manière homogène (si les ailettes ne sont pas trop courtes), tout autour la circonférence de la turbine. La poussée s'exercera donc dans la direction diamétralement opposée à la position de l'ouverture dans ce moyeu. Cette poussée, relative à la différence de pression exercée entre les deux faces de ce moyeu sera transmi à sa structure de maintient qui la transmettra à la structure de l'ensemble du dispositif. La poussée étant proportionnelle à la fois à la valeur de la dépression créée la turbine et à la surface de l'ouverture. II sera facile de dimensionner ce propulseur en fonction des applications (déplacement, sustentation..). On pourra agir sur le diamètre de la turbine sachant malgré tout que l'on atteint la vitesse du son en bout d'ailettes à 10 000 tours/mn pour un diamètre de 60 cm. On pourra agir également sur la largeur de l'ouverture(3) donc la largeur de la turbine. Enfin il est très facile d'exploiter plusieurs turbines sur le même arbre d'entraînement et de les piloter individuellement afin d'obtenir des poussées de puissance différentes et variables dans des directions différentes et variables. This cylindrical hub has an opening (3), preferably rectangular, on a sector of approximately 90, that is to say a quarter of the circumference. This opening will allow the fluid to penetrate between the fins of the turbine without resistance, and to be centrifuged expelled in a homogeneous manner (if the fins are not too short), all around the circumference of the turbine. The thrust will therefore be exerted in the direction diametrically opposite to the position of the opening in this hub. This thrust, relating to the difference in pressure exerted between the two faces of this hub will be transmitted to its holding structure which will transmit it to the structure of the entire device. The thrust being proportional both to the value of the vacuum created by the turbine and to the surface of the opening. It will be easy to size this propellant according to the applications (displacement, lift, etc.). We can act on the diameter of the turbine knowing despite everything that we reach the speed of sound at the end of fins at 10 000 rpm for a diameter of 60 cm. We can also act on the width of the opening (3) so the width of the turbine. Finally, it is very easy to operate several turbines on the same drive shaft and to control them individually in order to obtain thrusts of different and variable power in different and variable directions.

A titre d'exemple, pour une turbine de 60cm de diamètre extérieur, comportant 20 pales, tournant à 10 000 trs/mn avec un moyeu fixe de 48 cm de diamètre, ouverture sur 90 du moyeu et sur 40 cm de large, représente une surface efficace de 1340 cm'. Avec une dépression de seulement 90% du vide (0,1 kgp / cmZ) cela engendrera une poussée théorique de 1210 Kgp ou 12 100 N . En ce qui concerne les molécules de gaz, le temps entre deux passages de pales est de 1/20 000 seconde. Autre exemple : pour une turbine de seulement 40 cm de diamètre extérieur et cm pour le moyeu, tournant à 16 000 trslmn, pour une ouverture dans le moyeu 80 soit 20 cm efficaces, et sur 20 cm de large soit 400 cmz, à 90% du vide on obtient 360 kgp de poussée (3600 N ) . Pour 40 cm de large on obtient<B>720</B> kgp. By way of example, for a turbine 60 cm in outside diameter, comprising 20 blades, rotating at 10,000 rpm with a fixed hub of 48 cm in diameter, opening on 90 of the hub and on 40 cm wide, represents a effective area of 1340 cm '. With a vacuum of only 90% of the vacuum (0.1 kgp / cmZ) this will generate a theoretical thrust of 1210 Kgp or 12 100 N. With regard to the gas molecules, the time between two passages of the blades is 1 / 20,000 seconds. Another example: for a turbine with only 40 cm outside diameter and cm for the hub, rotating at 16,000 rpm, for an opening in the hub 80, which is 20 cm effective, and over 20 cm wide, i.e. 400 cmz, at 90% vacuum gives 360 kgp of thrust (3600 N). For 40 cm wide we get <B> 720 </B> kgp.

Ces valeurs sont purement théoriques et l'architecture précise de ce propulseur répondant à un grand nombre de contraintes, nécessite des aménagements spécifiques et rigoureux. Toutefois le principe exposé est parfaitement celui mis en oeuvre dans.la réalisation des prototypes. Le nombre d'ailettes peut être beaucoup plus important ce qui permet de réduire leur hauteur ... donc la valeur du diamètre extérieur.. Suivant les applications, il est facile de comprendre que le fait d'enfermer ce dispositif dans un carter hermétique, ne change rien à son fonctionnement et n'annule à aucun moment la poussée produite. A partir de l'instant où le carter est fermé hermétiquement, la poussée n'ayant pas variée, rien n'interdit de faire varier la pression interne (et même l'utilisation d'autres gaz que l'air) ou extérieure au carter (altitude), voire même de créer le vide (comme dans l'espace ) et de ce rendre compte que la force créée par le dispositif du fait du déséquilibre des forces exercées sur le moyeu fixe, est indépendante du milieu extérieur. L'énergie de mise en rotation de l'arbre d'entraînement de la ou des turbines est évidemment indépendante du dispositif selon l'invention. These values are purely theoretical and the precise architecture of this propellant, meeting a large number of constraints, requires specific and rigorous adjustments. However, the principle set out is perfectly that implemented in the production of the prototypes. The number of fins can be much higher which makes it possible to reduce their height ... therefore the value of the outside diameter .. Depending on the applications, it is easy to understand that enclosing this device in an airtight housing, does not change anything in its operation and at no time cancels the thrust produced. From the moment when the casing is hermetically closed, the thrust having not varied, nothing prevents the pressure being varied internally (and even the use of gases other than air) or external to the casing (altitude), or even to create a vacuum (as in space) and to realize that the force created by the device due to the imbalance of the forces exerted on the fixed hub, is independent of the external environment. The energy for rotating the drive shaft of the turbine (s) is obviously independent of the device according to the invention.

Le dispositif selon l'invention est donc destiné à la propulsion comme à la sustentation de véhicules routiers, ferroviaires, agricoles, industriels, marins, aériens ou spatiaux The device according to the invention is therefore intended for propulsion as for the lifting of road, rail, agricultural, industrial, marine, air or space vehicles

Claims

1) Propulsion device characterized in that it consists of a vacuum turbine (4) whose shaft (1) is perpendicular to the thrust generated due to the asymmetry of the pressures, created between two diametrically opposite sectors of the fixed central hub (2). Device according to claim 1, characterized in that the vacuum turbine consists of centrifugal fins, held between two lateral flanges (5), one of which is engaged on the central drive shaft (1) by means radial spacers (6). Device according to claim 2, characterized in that the vacuum turbine can comprise several stages with an inversion of the orientation of the blades on each stage. These different stages crowns can be contrarotative, or simply an alternation of rotary / fixed stage fixed fixed. Device according to claim 3, characterized in that the peripheral ring of fixed extracting fins (9) is held in place by spacers (6) which provide them with perfect concentricity around the axis (1) of the turbine (4) and in the center of the housing (7). Device according to claim 1, characterized in that the vacuum turbine has a central hub (2) perfectly cylindrical, the external surface of which is put under vacuum by the grazing passage of fin feet (8) centrifugal in very rapid rotation Device , according to claim tcaractérisé in that the fixed central hub has an opening (3) allowing gas molecules to freely penetrate between the fins of the turbine, thus creating an asymmetry of the pressure forces exerted on the internal face of this central hub . 7) Device according to claim 1 and 6, characterized in that the surface of this opening (3) is adjustable and this by means of side controls (10), located on the side opposite to the drive flange, which allow pivoting or the sliding (11) of one or more elements constituting this hub, which has the effect of regulating the power of the thrust. Device according to claim 1, characterized in that the position of this opening is maneuverable by means of lateral controls (10) pivoting that @ around the central axis which makes it possible to rotate the direction of the thrust knowing that -this will be diametrically opposed to the position of the opening. 9) Device according to claim 1, characterized in that it can be enclosed in a hermetic casing (7) allowing the use of fluids other than air, at pressures different from the external pressure, thus rendering it independent of the external environment. 10) Device according to claim 1 characterized in that it can consist of several vacuum turbines on the same shaft and that the thrust of each can be controlled individually in variable power and in variable and different directions.