FR2883935A1

FR2883935A1 - Vortex reduction device for attachment to the end of a hydrofoil comprises a cylindrical tube with an ovoid inlet and a set of intercrossing helicoidal slits

Info

Publication number: FR2883935A1
Application number: FR0503208A
Authority: FR
Inventors: Christian Hugues
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-10-06
Anticipated expiration: 2025-04-01
Also published as: FR2883935B1

Abstract

Vortex reduction device (2) for attachment to the end of a hydrofoil comprises a cylindrical tube that runs parallel to the chord line of the hydrofoil and has an ovoid inlet (6) and a set of intercrossing helicoidal slits, namely rearwardly descending slits (7) through which water flows out when the angle of incidence of the hydrofoil is positive and forwardly descending slits (8) through which water flows out when the angle of incidence of the hydrofoil is negative.

Description

DISPOSITIF D'EXTREMITE DE PROFIL D'AILE OU DE GOUVERNE A FENTESEND PROFILE DEVICE FOR WING OR SLIT GOVERN

HELICOIDALES CROISEES POUR UTILISATION EN MILIEU AQUATIQUE. CROSS-HELICOIDAL FOR USE IN AQUATIC ENVIRONMENT.

On connaît des systèmes de réduction du vortex dans le milieu aéronautique proposés par le demandeur dans ses brevets français n 01 04998 en date du 11/04/01 - PCT WO 02/083497 Al et US n 2004/0195 461 Al en date du 7 Octobre 2004. Vortex reduction systems are known in the aeronautical environment proposed by the applicant in its French patents No. 01 04998 dated 11/04/01 - PCT WO 02/083497 Al and US No. 2004/0195 461 A1 dated 7 October 2004.

Dans ces brevets, une seule fente était requise en extrémité d'aile en raison du fait que le profil concerné qui était appliqué sur une aile d'avion comportant un extrados et un intrados donc impliquant un profil dissymétrique faisant apparaître un flux dépressionnaire sur l'extrados et un flux surpressionnaire sur l'intrados. In these patents, a single slot was required at the end of the wing because of the fact that the concerned profile which was applied to an aircraft wing having an extrados and a lower surface therefore implying an asymmetrical profile showing a low pressure flow on the airfoil. extrados and an overpressure flow on the underside.

En milieu aquatique sur un sous-marin par exemple, les gouvernes sont biconvexes symétriques ne faisant apparaître de ce fait des vortex que lors de leur mise en incidence négative ou positive, ce qui rend alors différentes les conditions d'élimination de ces vortex. In an aquatic environment on a submarine, for example, the control surfaces are symmetrical biconvex, thus making vortices appear only when they are placed in negative or positive incidence, which makes the conditions of elimination of these vortices different.

Dans les brevets sus-nommés et selon le dispositif de réduction de vortex en milieu aéronautique rappelé sur la présente figure (1), sous la vitesse au vent relatif (A), le flux induit d'intrados (B) devenant centripète par sa surpression contourne la forme cylindrique (C) du dispositif breveté et s'enroule en hélicoïde (D) en pénétrant à l'intérieur par la fente hélicoïdale (E) et se trouve en pression plus faible (F) sur tout son parcours jusqu'à la sortie tandis que le flux d'extrados (G) perdant sa dépression en bord de fuite (H) de l'aile tend à se diriger vers le bas entraîné ainsi par le mouvement du flux d'intrados centripète B et qui entraîne le tout vers la sortie, ce qui comme tout échappement rond donne un allongement infini sans perte marginale entraînant ainsi une nette diminution de ce vortex. In the above-mentioned patents and according to the device for reducing vortices in an aeronautical environment recalled in the present figure (1), under the relative wind speed (A), the induced flow of intrados (B) becoming centripetal by its overpressure circumvents the cylindrical shape (C) of the patented device and coils helically (D) penetrating inside by the helical slot (E) and is in lower pressure (F) all the way to the exit while the extrados flow (G) losing its depression at the trailing edge (H) of the wing tends to be directed downwards and thus driven by the movement of the centripetal intrados flow B and which causes the whole towards the exit, which, like any round escapement, gives an infinite elongation with no marginal loss, thus leading to a clear decrease in this vortex.

L'objet de la présente invention est donc de décrire ces éléments techniques nouveaux dans le domaine aquatique en particulier pour une application sur des sous-marins, des bateaux, des hydraplaneurs, des hydroptères ou encore des ailes marémotrices. The object of the present invention is therefore to describe these new technical elements in the aquatic field in particular for application on submarines, boats, hydraplaneurs, hydrofoils or tidal flaps.

D'une manière générale et selon les lois d'écoulements des fluides, ceuxci peuvent être divisés en deux catégories fondamentales d'une part, les liquides ou la distance moyenne des molécules est du même ordre de grandeur que leur diamètre et d'autre part,les molécules gazeuses ou les molécules sont alors beaucoup plus espacées de l'ordre de quatre fois leur diamètre ce qui fait qu'elles peuvent de ce fait se répandre assez rapidement dans tout l'espace qui leur est offert les rendant ainsi expansibles ne retrouvant l'équilibre que lorsqu'elles occupent tout l'espace offert tandis que la réduction du volume offert les rend très compressibles d'où une adaptation particulière en milieu aqueux du dispositif selon la présente invention. In a general way and according to the fluid flow laws, these can be divided into two fundamental categories on the one hand, the liquids or the average distance of the molecules is of the same order of magnitude as their diameter and on the other hand the gaseous molecules or the molecules are then much more spaced on the order of four times their diameter, which means that they can thus spread quite rapidly throughout the space offered to them, thus making them expandable balance only when they occupy all the space offered while the reduction of the volume offered makes them very compressible hence a particular adaptation in aqueous medium of the device according to the present invention.

Plus précisément il doit être rappelé, que la théorie cinétique des fluides présente de grandes difficultés d'application dans le domaine hydraulique du présent cas pour la raison que les hypothèses de base de la théorie cinétique des gaz n'ayant pas de collision ternaires et binaires séparées par des parcours libres, ne sont plus valables et que de ce fait la fermeture du système B(Born) - B(Bogolioubov) - G (Green) - K (Kirkwood) - Y (Yvon) est très difficile à définir car en particulier l'équation de Boltzmann n'est alors plus valable. More precisely, it must be remembered that the kinetic theory of fluids presents great difficulties of application in the hydraulic field of the present case for the reason that the basic hypotheses of the kinetic theory of gases having no ternary and binary collisions separated by free routes, are no longer valid and therefore the closure of the system B (Born) - B (Bogoliubov) - G (Green) - K (Kirkwood) - Y (Yvon) is very difficult to define because in in particular, the Boltzmann equation is no longer valid.

La recherche d'une approximation permettant d'arrêter le système B. B.G.K. Y. après une ou deux équation, constitue l'un des problèmes fondamentaux de la théorie cinétique des fluides connu sous le nom de: problème de la fermeture du système d'équations de B.B.G.K.Y. . Searching for an approximation to stop B. B.G.K. Y. after one or two equations, is one of the fundamental problems of the kinetic theory of fluids known as the problem of the closure of the equation system of B.B.G.K.Y. .

Dans une application en milieu aquatique comme montré sur la figure (2), le profil d'aile ou la gouverne repérée (1) comporte un profil biconvexe qui, lorsque l'incidence i est nulle ne comporte pas ou très peu de vortex, peut par contre et en incidence positive i+ ou en incidence négative i- présenter alors des phénomènes liés à l'apparition de ces vortex. In an aquatic application as shown in FIG. (2), the wing profile or the marked rudder (1) has a biconvex profile which, when the incidence i is zero, has no or very few vortices, can on the other hand and at a positive incidence i + or at a negative incidence i- then present phenomena related to the appearance of these vortices.

L'invention propose un meilleur écoulement du fluide de l'entrée jusqu'à la sortie, les bords d'attaques (12) étant de la même épaisseur que l'épaisseur du cylindre, de chaque bord d'attaque (12) cette épaisseur va en se dégradant jusqu'au bord de fuite (13) en un minimum d'épaisseur afin d'obtenir le minimum de cavitation sur l'ensemble du dispositif et de remédier à l'apparition de ces phénomènes de vortex par des fentes hélicoïdales croisées de manière à éliminer ainsi ce vortex tant en incidence positive qu'en incidence négative de la gouverne. The invention proposes a better flow of the fluid from the inlet to the outlet, the leading edges (12) being of the same thickness as the thickness of the cylinder, of each leading edge (12) this thickness degrades to the trailing edge (13) in a minimum thickness in order to obtain the minimum of cavitation on the entire device and to remedy the appearance of these vortex phenomena by crossed helical slots so as to eliminate this vortex both in positive incidence and negative incidence of the rudder.

Sur la figure (3) est représenté en perspective et en incidence i+ et sur la figure (4) est représenté en perspective et en incidence i- le mouvement du flux (Fl) sur le dispositif repéré (2) dans son ensemble et lié au profil de l'extrémité de l'aile ou de la gouverne (1) par des moyens de jonction classiques appropriés (3). Figure (3) is shown in perspective and in incidence i + and in Figure (4) is shown in perspective and in incidence i- the movement of the flow (Fl) on the device identified (2) as a whole and linked to the profile of the end of the wing or the rudder (1) by appropriate conventional connecting means (3).

Sur les figures (3) et (4) est représenté l'ouverture ovoïde du dispositif (6). In Figures (3) and (4) is shown the oval opening of the device (6).

Il doit être indiqué que dans le dispositif exposé dans les brevets antérieurs du demandeur la paroi devait être mince et constituée d'un matériau léger de manière à ne pas surcharger le poids de l'avion alors que dans la présente description, la paroi du dispositif (2) doit être épaisse pour supporter des chocs éventuels et constituée d'un matériau dur et inoxydable à l'eau sans exclure une disposition hydrodynamique classique du profil d'entrée représenté schématiquement sur la figure (3A) non représentée d'ailleurs pour des raisons de simplification de compréhension du dessin. It must be stated that in the device set forth in the applicant's prior patents the wall had to be thin and made of a light material so as not to overload the weight of the aircraft whereas in the present description, the wall of the device (2) must be thick to withstand possible shocks and made of a hard material and stainless to water without excluding a conventional hydrodynamic arrangement of the input profile shown schematically in Figure (3A) not shown elsewhere for reasons for simplifying understanding of the drawing.

Enfin le dispositif présentement décrit pour le milieu aquatique, doit comporter en outre un système de protection en treillis (4) contre les intrusions éventuelles du genre crustacés, algues ou autres objets risquant d'en obstruer les orifices système mis en place notamment lorsque le bâtiment est à quai. Finally, the device currently described for the aquatic environment, must further comprise a lattice protection system (4) against possible intrusions of the crustacean type, algae or other objects that may obstruct the system orifices installed especially when the building is at the dock.

Le dispositif (2) selon l'invention est d'allure et de forme cylindrique sensiblement parallèle à la corde de profil de la gouverne avec une ouverture aval en biseau (B) conformée en (5) selon un profil hydrodynamique. The device (2) according to the invention has a shape and a cylindrical shape substantially parallel to the profile of the rudder line with a beveled downstream opening (B) shaped in (5) according to a hydrodynamic profile.

Il comporte des fentes hélicoïdales qui par rapport au flux d'entrée (F) sont d'amont en aval repérées (7) et des fentes hélicoïdales d'aval en amont repérées (8) et ces fentes s'intersectionnent sensiblement au milieu de la longueur du cylindre. It comprises helical slots which, with respect to the inlet flow (F), are marked upstream-downstream (7) and identified upstream downstream spiral slits (8) and these slits intersect substantially in the middle of the length of the cylinder.

De cette manière et lorsque le profil d'aile ou la gouverne est dans une incidence positive i+ le flux aqueux (9) qui est donc surpressionnaire du fait de cette incidence i+ contourne le cylindre de manière à venir pénétrer dans les fentes (8) tandis que lorsque l'incidence est négative i- le flux (F) vient pénétrer cette fois dans les fentes (7) tandis que les flux hydrauliques (10) et (11) non concernés s'écoulent librement jusqu'au bord de fuite. In this way and when the wing profile or the rudder is in a positive incidence i + the aqueous flow (9) which is therefore overpressure because of this incidence i + bypasses the cylinder so as to come into the slots (8) while when the incidence is negative i- the flow (F) penetrates this time into the slots (7) while the hydraulic flows (10) and (11) not concerned flow freely to the trailing edge.

Le résultat est que les vortex se trouvent réduits lorsque le profil (1) se trouve dans une incidence quelconque i+ ou i- car le flux hydrodynamique de sortie (F2) qui comme tout échappement rond donne un allongement infini sans perte marginale ce qui implique que le vortex de sortie est nettement diminué. The result is that the vortices are reduced when the profile (1) is in any incidence i + or i- because the hydrodynamic output flow (F2) which like any round escapement gives an infinite elongation without marginal loss which implies that the output vortex is significantly decreased.

De plus le dispositif (2) mis en oeuvre en milieu aquatique que ce soit sur sous-marin, bateau, ailes marémotrices, ailes d'hydroptères ou hydraplaneur, élimine les bruits du vortex en permettant une nette diminution de traînée. In addition, the device (2) used in aquatic environment on submarine, boat, tidal flats, hydrofoil wings or hydraplaneur, eliminates the vortex noise by allowing a clear decrease in drag.

Bien entendu, les proportions dimensionnelles du dispositif (2) doivent être adaptées à chaque cas d'utilisation soit bateau, sous-marin, ailes marémotrices, ailes d'hydroptère ou hydraplaneur. Of course, the dimensional proportions of the device (2) must be adapted to each use case is boat, submarine, tidal fenders, hydrofoil wings or hydraplaner.

20 25 30 35 Nomenclature des dessins et figures: Figure 1 -Dispositif de réduction de vortex en milieu aéronautique A - Vent relatif B - Flux induit d'intrados C - Corps du dispositif D - Flux en hélicoïde E - Fente hélicoïdale F - Flux à l'intérieur du dispositif G - Flux d'intrados H Bord de fuite Figure 2 - Mouvement de l'aile ou gouverne en milieu aquatique 1 - Profil d'aile ou gouverne i - Incidence Figure 3 Dispositif aquatique en i+ Figure 3A -Position du dispositif en incidence i+ Figure 4 - Dispositif aquatique en i- F1- Mouvement du flux F2 - Flux hydrodynamique de sortie 1 - Profil d'aile ou gouverne 2 - Dispositif 3 - Moyen de jonction 4 - Protection en treillis 5 - Bord d'attaque 6 - Ouverture ovoïde 7 - Fente hélicoïdale d'amont en aval 8 Fente hélicoïdale d'aval en amont 9 - Flux aqueux 10 - Flux hydraulique non concerné par le dispositif 11 - Flux hydraulique non concerné par le dispositif 12 - Bord d'attaque du cylindre 13 - Bord de fuite du cylindre Nomenclature of Drawings and Figures: Figure 1 -Vortex reduction device in an aeronautical environment A - Relative wind B - Induced flow of intrados C - Body of the device D - Helicoidal flow E - Helical slot F - Flow at the inside of the device G - Intrados flow H The trailing edge Figure 2 - Movement of the wing or rudder in the aquatic environment 1 - Wing profile or rudder i - Incidence Figure 3 Aquatic device in i + Figure 3A - Position of the device in incidence i + Figure 4 - Aquatic device in i- F1- Flow movement F2 - Hydrodynamic output flow 1 - Wing profile or rudder 2 - Device 3 - Junction 4 - Lattice protection 5 - Leading edge 6 - Oval opening 7 - Helical slot upstream to downstream 8 Helical downstream slit 9 - Aqueous stream 10 - Hydraulic flow not affected by the device 11 - Hydraulic flow not affected by the device 12 - Leading edge of the device cylinder 13 - trailing edge of the cylinder

Claims

1) Wing profile end device or rudder with crossed helical slots for use in the aquatic environment, characterized in that said device identified (2) and fixed at the end of rudder by appropriate conventional means (3), which it has a cylindrical shape substantially parallel to the rudder profile cord, that it has an ovoid inlet (6) whose input can be hydraulically profiled along the leading edge (5), that it presents a helical slit set with leading edge (12) and trailing edge (13) intersecting descending upstream downstream (7) and downstream upstream (8) so that when the bearing incidence is positive i + the hydraulic flow (F1) flows through the slots (7) and when the steering angle is negative i- the hydraulic flow (Fl) flows through the slots (8) the result being that the exit exhaust (F2) is round with infinite elongation involving a sharp dim vortex output.

2) Device according to claim 1 characterized in that the inlet openings (4), the slots (7) and (8) and the outlet (4) are provided with mesh at the dock to prevent possible intrusions risky an obstruction.

3) Device according to claim 1 characterized in that the wall of the cylinder has a suitable thickness against impacts and is made of a hard and resistant stainless material in a marine environment.

4) Device according to claim 1, characterized in that, from the inlet to the outlet, the leading edges (12) being of the same thickness as the thickness of the cylinder, of each leading edge ( 12) this thickness is degraded to the trailing edge (13) in a minimum thickness to obtain the minimum cavitation on the entire device.