FR3065942A1 - Propulsion par viscosite pressurisee d'un navire sans sillage - Google Patents

Abstract

Toutes les particules que rencontre le maître-couple sont aspirées et accélérées dans un collecteur central (5) qui reconstitue derrière lui un flux cinématiquement homogène (4), sur la projection arrière de ce maître-couple ; les autres particules ne génèrent aucun sillage. L'espace entre l'extérieur du collecteur (5) et l'intérieur du bordé (6) ménage une cavité archimédienne. Les grandes vitesses par mers formées sont rendues accessibles par la réduction des structures au niveau du dioptre. Le propulseur à viscosité pressurisée accélère les particules destinées au collecteur (5) en les faisant percuter par celles d'un flux moteur pressurisé (3) généré ailleurs. La distribution de ce flux moteur sur l'ensemble du maître-couple garantit l'homogénéité finale. Les navires classiques peuvent utiliser un propulseur à viscosité pressurisée pour supprimer les pièces mécaniques mobiles immergées.

Description

@ Titulaire(s) : LANDIECH PIERRE CHARLES ROBERT SYLVESTRE.

O Demande(s) d’extension :

® Mandataire(s) : LANDIECH PIERRE.

® PROPULSION PAR VISCOSITE PRESSURISEE D'UN NAVIRE SANS SILLAGE.

FR 3 065 942 - A1 (57) Toutes les particules que rencontre le maître-couple sont aspirées et accélérées dans un collecteur central (5) qui reconstitue derrière lui un flux cinématiquement homogène (4), sur la projection arrière de ce maître-couple; les autres particules ne génèrent aucun sillage. L'espace entre l'extérieur du collecteur (5) et l'intérieur du bordé (6) ménage une cavité archimédienne. Les grandes vitesses par mers formées sont rendues accessibles par la réduction des structures au niveau du dioptre. Le propulseur à viscosité pressurisée accélère les particules destinées au collecteur (5) en les faisant percuter par celles d'un flux moteur pressurisé (3) généré ailleurs. La distribution de ce flux moteur sur l'ensemble du maître-couple garantit l'homogénéité finale. Les navires classiques peuvent utiliser un propulseur à viscosité pressurisée pour supprimer les pièces mécaniques mobiles immergées.

-1Domaine technique

A des fins de mobilité navale des bâtiments de surface, la présente invention correspond de façon générale à l’élaboration d’une carène qui n’influe pas sur le milieu extérieur et dont le propulseur à viscosité pressurisée (ci-dessous dénommé « transpulseur » par commodité de langage) qui l’anime génère derrière lui un flux aval homogène, rectiligne, laminaire et lent. Elle permet de s’affranchir des problèmes de longueur d’onde du sillage qui ont toujours été posés aux architectes navals pour dimensionner des carènes aptes aux grandes vitesses.

A cet effet, la carène ne repousse pas mais aspire l’intégralité des particules liquides rencontrées ; derrière elle un flux aval est généré pour reconstituer la situation initiale en évitant toute succion. Le transpulseur optimise l’interaction d’un petit flux moteur pressurisé avec le flux amont pour produire le flux aval recherché, c’est-à-dire un flux dépourvu de composantes latérales ou tourbillonnantes. Comme dans le cas d’une hélice classique, le flux aval entraînera par viscosité les masses liquides environnantes jusqu’à ce que leur vitesse devienne imperceptible.

Le principe de viscosité pressurisée du transpulseur peut également être appliqué à des navires et à des sous-marins dont on ne cherche pas à réduire le sillage. Parmi les nombreux avantages figurent le rendement propulsif et l’absence de toute pièce mécanique mobile (solidité, coût, discrétion acoustique, absence de cavitation).

Etat de la technique antérieure

Le « Yamato » de Mitsubishi est un navire démonstrateur de propulsion électromagnétique des années 90 qui n’a donné lieu à aucun développement ultérieur. L’examen de nouveaux propulseurs, de leurs tuyères ou redresseurs de flux démontre que l’hélice traditionnelle inspire encore de multiples voies d’amélioration.

Exposé de l'invention

La proue d’un navire soulève une vague d’étrave qui est paradoxalement aspirée en partie vers l’arrière pour résorber la succion de la poupe et remplir le vide créé par son déplacement. C’est dans ce contexte complexe que l’architecte naval doit intégrer le propulseur. L’ensemble génère plusieurs types de sillages antagonistes (étrave, poupe, propulseur) qui nuisent à la cohérence globale, et donc au rendement.

L’idée de l’invention est de ne pas repousser les particules qui vont constituer la vague d’étrave mais au contraire de les aspirer et de les accélérer vers l’arrière dans un collecteur pour que les autres particules qui ne se trouvent pas sur la trajectoire du maître-couple de la carène demeurent immobiles (aux effets de viscosité près). Si on note V la vitesse relative des particules que rencontre le navire, S la section du maître-couple de la carène, s la section du collecteur, les particules du collecteur sont ainsi accélérées jusqu’à v =V S/s pour faire respecter la conservation du débit.

-2L’accélération du flux amont autour du collecteur central (5) ménage ainsi une cavité dite archimédienne entre ce collecteur (5) et le côté externe (6).

L’invention possède donc une carène archimédienne :

• de section cylindrique pour que le maître-couple soit longitudinalement constant, • de section circulaire pour réduire la surface immergée à volume constant, et donc les frottements visqueux.

Cette carène se trouve quelques mètres sous la surface de l’eau ; une seconde carène identique permet la stabilité latérale par mer calme et une plateforme au-dessus de la surface de l’eau les reliant toutes deux abrite l’équipage et les auxiliaires classiques.

Pour accélérer le flux du collecteur, une hélice classique pourrait être utilisée mais un transpulseur sera préféré pour prolonger la logique de cette invention : il est seul capable de correctement prendre en compte le flux amont et surtout générer le flux aval laminaire et lent (vers l’arrière) requis qui remplira l’intégralité du vide créé par l’avancement de la poupe. Un flux moteur est pressurisé dans un générateur séparé ; par un simple collecteur, ce flux moteur est transmis au transpulseur et va aspirer le flux amont en se décompressant pour constituer le flux aval. Le cœur du transpulseur est la maîtrise de la dépressurisation du flux moteur pour aspirer le flux amont tout en créant la contre-pression dont a besoin le générateur pour conserver les performances nécessaires.

Les principes ci-dessus exposés de la viscosité pressurisée du transpulseur peuvent s’appliquer à un navire de surface et à un sous-marin dont on n’a pas cherché à atténuer le sillage.

Brève présentation des différentes figures

La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée de quatre configurations, prises à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrées par les dessins de principe annexés :

La figure 1 montre l’architecture d’une carène évitant de générer tout sillage.

La figure 2 indique comment les injecteurs du flux moteur (3) aspirent le flux amont (2) et génèrent le flux aval (4) et la poussée mécanique.

Les figures 3&4 montrent comment ces injecteurs peuvent être associés pour générer un flux aval (4), constituer le transpulseur complet et aspirer les 2π stéradians du flux amont.

La figure 5 reprend une partie de l’abrégé et décrit l’association de deux transpulseurs pour constituer un navire sans sillage.

La figure 6 montre le principe de stabilité verticale par ballast.

La figure 7 comment les injecteurs peuvent être alimentés par l’avant.

La figure 8 montre l’implantation sous une coque de navire, avec possibilité de rotation du transpulseur pour la manœuvrabilité.

-3La figure 9 montre comment tous les injecteurs peuvent être assemblés sous la coque d’un navire.

Les figures 10&11 montrent le principe d’injecteurs tête-bêche pour générer une poussée en avant ou en arrière.

La figure 12 montre comment ces injecteurs tête-bêche peuvent être implantés sous la coque d’un navire.

Les figures 13&14 montrent comment ces injecteurs tête-bêche peuvent être implantés à l’arrière d’un sous-marin.

La dernière figure 15 accompagne l’abrégé. Elle montre le navire sans sillage mu par ses transpulseurs (1) figure 5 et un sous-marin doté d’un sillage classique équipé d’un transpulseur (1) figure 14.

Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation

Note préliminaire sur le déplacement d’une carène :

Une carène se déplaçant dans un liquide prend la place que ce liquide occupait et le repousse vers les endroits où la résistance est moindre, c’est-à-dire vers le haut et les côtés. Simultanément, cette carène laisse derrière elle un espace vide, espace rempli par les liquides qui peuvent l’occuper avec la moindre résistance. Les deux opérations ne sont pas indépendantes. La forme classique des carènes les conduit à générer une vague d’étrave et à repousser le flux vers l’arrière le long des flancs. Il y a ainsi génération d’un sillage d’étrave, puis de poupe pour des raisons comparables.

Pour que les poussées latérales de bâbord et tribord se compensent, la majorité des carènes en service présente la caractéristique d’être longitudinalement symétriques. L’idée directrice de la présente invention, représentée figure 1, est au contraire d’employer un profil de carène dissymétrique, avec un côté dont la vocation est de ne pas créer de sillage, c’est-à-dire que sa droite génératrice est strictement parallèle à l’axe de déplacement ou ligne de foi ; l’autre côté ménage un volume archimédien ; ce profil dissymétrique est symétriquement associé à un second pour rétablir l’équilibre latéral des poussées. L’emploi d’une forme annulaire selon la figure 4 n’est qu’une extension du concept dans la troisième dimension. Le côté externe (6) est exactement dans l’axe des filets incidents pour ne générer aucune surpression ou vague d’étrave. Le côté interne (7) possède un profil optimisé et génère la surpression associée à tout déplacement. Cette surpression est compensée par une aspiration adéquate qui l’empêche de se propager ailleurs qu’entre les deux carènes. Le démarrage débute avec une aspiration qui va provoquer une accélération jusqu’à ce que la surpression naissante la compense intégralement. L’aspiration est toujours plus importante que la surpression et il n’y a donc jamais de débordement de la

-4zone de surpression vers l’extérieur. Pour diminuer la vitesse, la réduction de l’aspiration va rendre la surpression majoritaire, ce qui fera naître un sillage externe et participera à la décélération. La manière dont cette aspiration est générée et alimente un collecteur (5) est décrite plus bas.

Si on note V la vitesse relative des particules que rencontre le navire, S la section du maître-couple de la carène, s la section du collecteur, les particules du collecteur sont accélérées jusqu’à v =V S/s pour conserver les débits. V dépasse de typiquement 19% la vitesse du navire, c’est-à-dire que les particules du sillage sont projetées vers l’arrière avec une vitesse absolue d’environ 19% de la vitesse du navire. Ceci implique que certaines particules qui ne se trouvent pas sur la trajectoire du maître-couple seront également aspirées, ce qui ne contribuera pas à générer de sillage.

En sortant du collecteur (5), ces particules vont être naturellement ralenties jusqu’à la vitesse V par l’élargissement de la section de s jusqu’à S. Elles sont donc aptes à remplir le vide laissé par l’avance du navire, à retrouver les particules qui ont longé le côté externe (6) sans être aucunement déviées et à entretenir le déplacement absolu des particules du sillage vers l’arrière. Ce déplacement absolu va se résorber dans le milieu ambiant par viscosité. L’espace entre les côtés externes (6) et internes (7) ménage le volume dédié à la flottaison archimédienne.

Cette carène cylindrique sera associée à une seconde carène identique, toutes deux étant reliées par une plateforme représentée sur la figure 5. A l’arrêt, cette plateforme repose sur la surface de l’eau et confère à l’ensemble la stabilité d’un navire classique. Un dispositif de régulation du poids dit de régleurs permet d’adapter son poids à la poussée archimédienne des deux carènes immergées pour préparer le passage en position haute. Quand l’ensemble a pris de la vitesse, la plateforme est hissée quelques mètres au-dessus de la surface par l’assiette légèrement positive que des barres de plongée ont permis d’obtenir, assiette qui génère à la fois portance hydrodynamique et composante verticale de la poussée des transpulseurs. Ces barres de plongée réguleront ensuite la hauteur. Le ballast à l’arrière des carènes, partiellement rempli d’air (figure 6) participera à cette régulation :

• trop bas, l’air du ballast est comprimé, l’arrière s’enfonce et l’assiette positive imprime une force à monter ;

• trop haut, l’air se dilate, l’arrière se lève et l’assiette négative imprime une force à descendre.

-5La plateforme est reliée aux carènes par des longerons devant réduire au maximum le sillage qu’ils génèrent, c’est-à-dire que leur maître-couple est très faible. Le très faible volume des longerons fait que le navire en position haute n’a aucune stabilité longitudinale ou transversale, seuls les ballasts de la figure 6 et les barres de plongée, découplées pour compenser le roulis, permettent de corriger la déstabilisation des vagues rencontrées et de conserver une assiette et une gite dans des limites raisonnables. Cet inconvénient est le prix à payer pour pouvoir aller très vite par mer très forte. Pour mémoire, les barres de plongée présentent une traînée considérablement plus faible que celle des plans des hydrofoils qui doivent assurer la portance des hydroglisseurs. Par ailleurs, les transpulseurs à quelques mètres d’immersion ressentiront nettement moins les chocs des vagues que subirait une carène flottant au niveau du dioptre.

La faible stabilité est une conséquence directe des maître-couples réduits des longerons, unique structure immédiatement au niveau du dioptre. Il serait pour mémoire possible d’améliorer la stabilité par des formes de carène classiques dotées d’un collecteur et de cavités d’aspiration et de refoulement au niveau du dioptre, mais au prix d’une plus forte sensibilité à très grande vitesse aux contraintes mécaniques irrégulières des vagues, contre laquelle le navire sans sillage est justement conçu.

Note préliminaire sur la propulsion navale :

En appuyant sur le flux amont, chaque pale d’une hélice classique (ou aube d’une roue à aubes) créé une surpression assez faible (quelques dixièmes de bar) dans un flux important (supérieur à 1000 m³/s dans quelques cas, ordre de grandeur du débit de la Seine en crue) mais relativement chaotique. La rotation n’est pas seule responsable du désordre. En effet, quelle que soit la configuration, l’intrados de la pale génère une surpression, l’extrados une dépression (qui peut se transformer en cavitation). Les deux sont inéluctablement appelés à interagir en bout de pale et à générer des déplacements parasites et des tourbillons, impossibles à complètement résorber. Comme la propulsion électro-magnétique du « Yamato », le transpulseur qui fonctionne par « viscosité pressurisée » permet de s’affranchir des inconvénients de l’association entre un intrados et un extrados.

Le flux amont provient d’un angle solide d’environ 2π stéradians (π stéradians à proximité de la surface), il se transforme sous l’effet de l’hélice en un flux aval en forme de cône (18) d’un demi-angle au sommet de typiquement 11°, ce qui fait parfois dire abusivement que les pales accélèrent le flux. Pour mémoire, on estime dans les cas courants que la vitesse absolue du flux aval correspond à typiquement 19% de la vitesse absolue du navire.

-6Le qualificatif de chaotique n’est peut-être pas exagéré quand on regarde le sillage d’un bâtiment de surface et qu’on évalue l’énergie perdue par tous les tourbillons et propagations latérales.

L’idée directrice est de ne pas générer la faible surpression avec fort débit d’une hélice classique mais d’utiliser la même puissance mécanique pour produire un flux moteur relativement plus pressurisé (typiquement une dizaine de bars) sous un débit plus faible, puis de le mélanger avec un flux amont pour générer le flux aval et donc le débit et la poussée que développaient l’ancienne hélice.

v² n

A cet effet, chaque veine de flux moteur (3) dispose de sa propre quantité —I- gz + - qui μ

reste constante : à la rencontre avec le flux amont (2), la pression plus faible de ce flux amont va correspondre à une réduction de p, donc une augmentation de v. A titre d’illustration, une dépressurisation de 10 à 1 bar correspond à une vitesse de l’ordre de 42 m/s=84 nds (^2(1000000 - 100000)/1000).

Par ailleurs, les dispositions de la figure 2 permettent d’organiser une véritable collision entre les particules du flux moteur (3) et celles du flux amont (2). Les orientations et le rideau que forme le flux anciennement pressurisé (8) vont conduire ces particules accélérées par leur dépressurisation à céder leur énergie cinétique au flux amont. Nous ne sommes pas dans les conditions de la viscosité quand deux flux de particules aux vitesses parallèles échangent une partie de leur énergie, mais dans ce que l’on nommera une « viscosité pressurisée » avec des interactions sensiblement plus fortes que la viscosité classique :

• les vitesses n’étant pas colinéaires, la vitesse relative est plus importante, • les particules concernées ne sont pas limitées à la faible épaisseur de la zone de contact, mais appartiennent à l’ensemble du rideau qui traverse le flux amont. Le profil dentelé (20) de la figure 3 facilite cette interpénétration, • la partie inférieure (10) génère une contre-pression détaillée ci-dessous.

Pour mémoire, les tables disponibles montrent que le coefficient de viscosité augmente par lui-même avec la pression, mais cet apport sera considéré comme marginal.

Enfin, la partie arrière (9) est contrainte par sa géométrie en virole, la seule issue pour finaliser la dépressurisation se trouve vers l’arrière. La longueur de cette virole permet de finir le transfert énergétique entre les deux flux (2) et (3) pour constituer un flux (4) homogène. L’intégralité de la puissance communiquée au liquide pressurisé est ainsi transmise au flux aval.

Pour fonctionner à l’intérieur de son domaine d’efficacité, le générateur doit disposer de la contre-pression lui permettant de conserver son débit. Le récepteur hydraulique que constitue le transpulseur offre cette contre-pression. Les seules forces de viscosité étant

-7insuffisantes, l’angle, la hauteur du rideau (8) et surtout la réaction de la partie inférieure (10) vont permettre d’obtenir la contre-pression nécessaire qui remontera le long du flux pressurisé. Bien que la couche au-dessus de la partie inférieure (10) soit le plus souvent en mouvement longitudinal, elle transmettra latéralement la contre-pression mentionnée.

Pour le démarrage du transpulseur, le rideau (8) de la figure 2 va traverser un flux amont (2) à vitesse nulle :

• sur la surface amont de ce rideau (8), la viscosité va entraîner des particules du flux amont qui vont se mélanger au flux moteur et se diriger vers l’aval, le rideau (8) va être dévié vers l’arrière par la composante arrière que le flux amont apporte indirectement ;

• sur la surface avale de ce rideau (8), la viscosité va également entraîner des particules qui vont réduire la pression et attirer également le jet vers l’arrière ;

• le rideau (8) va enfin se trouver intégralement dans le flux aval (4) et participer directement à la poussée du transpulseur.

Pour toutes ces raisons, le rideau (8) va se dévier vers l’arrière et les flux amont et aval vont progressivement augmenter.

On notera que quand le transpulseur se déplace dans le sens opposé au sens où il est moteur, son efficacité est accrue par les vitesses relatives qui s’additionnent et augmentent très sensiblement les forces de viscosité.

On retiendra que si la « viscosité pressurisé » réclame une configuration assez complexe pour obtenir la poussée nécessaire, elle s’affranchit du problème classique d’intrados et d’extrados et de l’inéluctable tourbillon de bout de pale. Non seulement les pièces mobiles ont disparu, mais les risques de tourbillons et de cavitation aussi.

Modes de réalisation :

La figure 1 montre comment la carène classique (11) est séparée en deux demi-carènes selon son plan de symétrie (12) pour constituer la carène sans sillage (13). Les parties sectionnées selon le plan de symétrie reçoivent un bordé externe (6) tandis que l’ancien côté externe (7) devient le collecteur interne (5). Les nouveaux bordés externes (6) correspondent exactement à la direction de déplacement des particules incidentes, l’interaction entre ces bordés externes et le milieu externe est donc réduite aux seuls phénomènes de viscosité.

Les parties internes (14) de l’étrave réagissent de manière classique avec les particules incidentes mais leurs poussées latérales (15) sont compensées par la symétrie dont ces parties internes font l’objet.

Dans l’opération, la poussée d’Archimède n’a pas été modifiée.

-8Le concept de division de la carène en deux demi-carènes est étendu à la troisième dimension et permet d’obtenir la configuration autour d’un collecteur (5) illustrée en figure 4.

Afin d’éviter un reflux à l’extérieur du maître-couple, il est important que toutes les particules soient correctement aspirées et accélérées, pour constituer dans le collecteur le flux le plus homogène possible. A cet effet, des déflecteurs (16) facilitent leur convergence à l’avant et surtout leur divergence à l’arrière.

Le navire sans sillage effectue au niveau de l’étrave et de la poupe ce qu’une hélice classique réalise à son niveau. En effet, le transpulseur de ce navire sans sillage aspire les particules incidentes du maître-couple ; la manière dont ces particules sont aspirées et accélérées fait l’objet des figures suivantes. Comme dans le cas d’une hélice classique, l’aspiration à l’entrée du transpulseur sur le plan (17) confère à ces particules une vitesse absolue vers l’arrière de typiquement 19% V, c’est à dire une vitesse relative vers le transpulseur de typiquement 1,19 V ; en amont, l’alimentation s’étend sur 2π stéradians (cône de demi-angle au sommet 90°) pour obtenir les 19% supplémentaires, sachant que les particules les plus désaxées seront bien sûr les moins aspirées. Dans le plan arrière (19) de sortie du transpulseur, les particules retrouvent une vitesse absolue de typiquement 19% V et ralentissent progressivement par viscosité avec l’environnement dans un cône (18) de demi-angle au sommet de typiquement 11°. Elles vont en effet côtoyer les particules qui sont restées immobiles le long du côté externe (6) et perdre de leur vitesse tout en élargissant ce cône des particules non-immobiles.

C’est à l’extrémité avant du transpulseur que l’on bénéficiera du plus grand différentiel de vitesse entre les particules du flux amont et celles du flux moteur, avant que l’accélération sous l’effet du cône du collecteur central (5) n’ait véritablement commencé. Bien sûr, obtenir le plus grand différentiel de vitesse générera l’interaction mécanique la plus efficace.

La figure 2 montre le principe de viscosité pressurisée du transpulseur. Alors qu’une hélice classique va générer une faible surpression (typiquement quelques dixièmes de bars) pour un débit important, l’idée fondamentale du transpulseur est d’utiliser avec la même puissance mécanique un générateur d’une moyenne pression (typiquement une dizaine de bars) pour un débit moindre. Les pompes de circulation des centrales nucléaires développent couramment une dizaine de mégawatts pour une dizaine de bars au refoulement. Le principe enclume-marteau permet de coincer le flux amont (2) entre le flux moteur (3) et la partie inférieure (10) de la cellule. Ce flux moteur (3) est injecté dans le flux amont (2) selon une géométrie très particulière (angle d’injection, épaisseurs des flux moteur et amont) pour réussir simultanément plusieurs opérations :

• La dépressurisation du flux moteur dans le flux amont conduit à une accélération de ses particules qui vont entraîner celles du flux amont. Pour mémoire, à l’intérieur ü

de la veine du flux moteur, — + g^z + - est constant, c’est-à-dire que la dépressurisation est compensée par une accélération.

• Il est capital que cette dépressurisation (angle d’injection et épaisseurs des flux moteur et amont) soit maîtrisée pour que la génératrice du flux moteur demeure à son point de fonctionnement (pression-débit) recherché. A cet effet, la partie inférieure (10) génère la contre-pression nécessaire qui remonte le long du flux moteur.

• En aval de cette partie inférieure (10), la dépressurisation va se terminer.

• Le flux moteur est injecté sous la forme d’un rideau visant à traverser le flux amont, où au moins impacter un maximum de ses particules. La surface d’échange entre ces deux flux est d’ailleurs accrue par un profil dentelé (§ (20) de la figure 3).

• La dépressurisation est contenue dans une enceinte étanche se terminant par la partie arrière (9) : la seule issue possible pour l’accélération (et les mégawatts) est l’arrière.

• Le résultat est la production du flux aval le plus homogène possible dans lequel les pressions et débits des flux moteur et amont se sont « moyennés » par « viscosité pressurisée ».

• Si l’épaisseur du flux amont implique une réduction de section par rapport au flux . initial généré, il y aura une contre-pression, mais ce n’est pas la voie préférentielle de production de cette contre-pression. Les pertes de charge dans les collecteurs produiront également une contre-pression inévitable dont aucun bénéfice n’est attendu.

Si seule la viscosité classique avait été utilisée pour homogénéiser deux flux amont et moteur parallèles, la longueur de la virole pour y parvenir aurait été rédhibitoire. Ici, l’inclinaison du flux moteur, la constitution d’un rideau impactant toute la largeur disponible, les épaisseurs des flux moteur et amont, la longueur de la virole interdisent la résistance par inertie de poches du flux amont à l’influence du flux moteur.

Le profil dentelé (20) permet d’augmenter la surface d’échange entre les deux flux tout en conservant constante la surface du flux moteur. Les seules limites à cette augmentation sont d’une part la capacité à usiner cette pièce finement, d’autre part la solidité résiduelle de cette pièce, enfin les pertes en charges que le passage par une fine section génère.

-10La figure 3 décrit l’exemple de la structure assez simple de quelques cellules qui permet d’obtenir une circulation satisfaisante des différents flux. Bien que dépourvue de pièce mobile, cette structure doit être mécaniquement rigide parce que c’est en son sein que l’intégralité de la poussée mécanique va naître.

La figure 4 montre comment ces cellules (21) peuvent être associées pour constituer le dispositif d’aspiration et d’accélération du transpulseur précédemment examiné. Dans cet exemple, les cellules (21) sont alimentées par 6 collecteurs principaux (22), chacun alimentant 4 collecteurs secondaires (23). Ces collecteurs sont en contact avec une large capacité l’alimentation qui entoure le cône (24), non représentée, dans lequel le générateur du flux moteur refoule. La prise d’aspiration (25) permet l’alimentation de ce générateur du flux moteur. Tous les collecteurs sont calibrés afin que chaque cellule aspire de manière parfaitement homogène le flux amont. Sans que cela puisse apparaître à l’échelle de ce schéma 4, les cellules (21) sont orientées en amont et en aval pour organiser la convergence ou divergence par déflecteurs (16) du collecteur (5) de la figure 1 quand il se referme ou s’évase.

Pour offrir une capacité de poussée en marche arrière, un dispositif comparable peut être installé à l’autre extrémité de la carène. La figure 5 montre comment deux carènes peuvent être associées pour constituer un navire sans sillage. Le navire se trouve sur cette figure en position haute et la partie de jonction des carènes (26) est intégralement au-dessus du dioptre. Comme les organes de liaison (27) présentent le maître-couple et donc le volume le plus faible possible, le navire n’a ainsi aucune stabilité verticale naturelle : soit il monte pour faire émerger une partie des carènes sans sillage, soit il descend pour que la partie de jonction des carènes (26) repose sur le dioptre et fournisse le supplément de flottabilité nécessaire. Pour réduire cette instabilité dans les limites de l’efficacité des barres de plongée (28) et des ballasts arrière (§ figure 6), il faut disposer de capacités de réglage internes pour pouvoir, en fonction du chargement, adapter le poids et obtenir la flottabilité neutre qui permettra la navigation en position haute. Il faut également régler le poids longitudinalement pour obtenir une assiette neutre.

Malgré une pesée correcte, la hauteur du navire sera toujours instable et nécessitera les barres de plongée (28). Ces barres peuvent générer une force verticale mais surtout modifier l’assiette et permettre aux carènes elles-mêmes et aux transpulseurs de générer par leur poussée une composante de force verticale. Comme elles sont en moyenne en position neutre, la traînée qu’elles génèrent est faible. Par ailleurs, ces barres de plongée reculent le centre de carène et augmentent la stabilité en lacet.

Comme le volume des organes de liaison (27) est faible, le navire en position haute n’aura pas de stabilité statique en roulis et en assiette. Les carènes rencontreront pourtant à leur immersion des mouvements de cisaillement générés par les vagues, presque comme en

-11surface. Là encore, les barres de plongées, différentiées à bâbord et à tribord, permettront la régulation de ces deux grandeurs. Ce besoin de régulation correspond au prix à payer pour pouvoir aller vite par mers fortes, l’emploi d’une centrale de verticale et d’un calculateur embarqué est facilement envisageable.

Le changement de cap sera effectué par différentiation des poussées entre les deux transpulseurs, évitant ainsi la traînée de gouvernes de direction. Comme sur un navire classique, la force centripète nécessaire à la giration sera obtenue par une légère surgiration, donc par la poussée latérale des flancs des deux transpulseurs et la composante de leurs poussées, toutes deux centripètes.

La figure 6 montre le principe des ballasts arrière pour améliorer la stabilité verticale.

Le plus à l’arrière possible, autour du collecteur (5) et de la tuyère arrière, à l’intérieur du bordé externe (6), une cavité (29) étanche dans sa partie supérieure correspond à des ballasts arrière. Seules des ouvertures (30) dans leur partie inférieure permettent un équilibrage en pression avec l’extérieur. Les ballasts sont presque totalement remplis d’air.

• Quand le navire sans sillage est trop bas sur l’eau, l’air de ces ballasts est comprimé, l’arrière s’enfonce par réduction de la poussée d’Archimède et l’assiette positive imprime une force à monter.

• Quand le navire sans sillage est trop haut sur l’eau, l’air se dilate, l’arrière se lève · par augmentation de la poussée d’Archimède et l’assiette négative imprime une force à descendre.

Cette régulation sera particulièrement efficace à faible vitesse quand les barres de plongée le sont moins.

La figure 7 montre comment les cellules peuvent être alimentées en flux moteur (3) par leur avant.

Cette configuration permet d’installer selon la figure 8 un transpulseur sous la coque d’un navire classique. La carène ne cherche pas à bénéficier d’un sillage réduit et le transpulseur ne sert qu’à la propulsion, à la place d’une hélice classique.

Le transpulseur tourne autour d’un joint (31) et peut orienter le navire en cap comme dans le cas d’un moteur hors-bord. Pour battre en arrière, le transpulseur est retourné de 180° avant de renvoyer le flux moteur dans les cellules. Dans ce cas, l’efficacité du transpulseur sera particulièrement importante à cause de la contre-pression rencontrée et de l’importance des forces de viscosité. Quelle que soit son orientation, la tenue mécanique imposée au joint tournant (31) limite cette architecture simple aux navires de moyenne

-12taille. Les collecteurs (32) sont des structures fines aux profils triangulaires entre lesquelles le flux amont peut passer. Ces collecteurs reçoivent le flux moteur qu’ils distribuent aux cellules. Le profil triangulaire permet de répartir les débits pour alimenter les cellules de tous les niveaux de la même manière.

La figure 9 montre le transpulseur vu de l’arrière avec l’assemblage des cellules et la virole de la partie arrière (9) permettant au flux aval (4) de finir de se dépressuriser selon un mode cylindrique avant la dépressurisation selon un mode sphérique quand il aura quitté la virole, où il constituera l’équivalent du cône de demi-angle au sommet 11°.

La figure 10 montre une cellule qui peut être alimentée dans les deux sens par deux flux moteurs distincts, un pour la marche avant et l’autre pour la marche arrière. On reconnaîtra aisément les composantes de la figure 2.

La figure 11, comparable aux figures 3 et 7, indique en trois dimensions la circulation des flux pour disposer d’injecteurs tête-bêche de marche avant et marche arrière, objets de la figure 10.

La figure 12 montre comment un transpulseur fixe peut être adapté à un navire de trop grande taille pour transmettre la poussée de propulsion au travers du joint tournant (31) de la figure 8. Les collecteurs triangulaires (32) ont été repris mais l’ensemble du transpulseur est solidaire de la coque, il ne peut qu’imprimer une poussée en avant et en arrière.

Pour tenir et modifier le cap, une solution différente de celle des safrans orientables classiques est possible. Le flux moteur est également injecté dans les trois transpulseurs transversaux (33) ; le plus important est situé au niveau du centre de carène de marche avant et développe la force centripète nécessaire à la giration. Les deux autres qui possèdent un grand bras de levier génèrent le couple de forces qui va permettre le changement de cap. Ces transpulseurs latéraux permettent d’économiser le freinage du au safran classique et surtout à l’inclinaison de la carène par rapport aux filets d’eau qu’il vise à provoquer.

La figure 13 correspond au cas de la propulsion d’un sous-marin. A la différence de la distribution de la figure 4, deux collecteurs concentriques axiaux vont alimenter des caissons radiaux, sur lesquels d’autres caissons ortho-radiaux puis des cellules vont être connectés. Chacun des deux collecteurs alimente soit le groupement avant, soit le groupement arrière de caissons, pour alimenter respectivement la partie avant ou arrière des cellules décrites figure 11, non représentées ici et permettre la marche en avant ou en arrière.

-13La figure 14 montre le transpulseur du sous-marin vu de l’arrière et sa partie arrière (9) de décompression finale. Le changement de cap et d’immersion est produit par des barres de plongée classiques non représentées.

Invention susceptible d’application industrielle

Le navire sans sillage permet la propulsion de bâtiments à grande vitesse, même par mers formées, sans dépenser d’énergie pour la sustentation (cas des foils) ni être soumis aux irrégularités des vagues. Le « transpulseur » qui le propulse remplace les hélices classiques.

L’industrie nucléaire utilise des pompes centrifuges de 13 MW sous 10 bar aptes à générer les flux moteurs nécessaires (4 pompes pour propulser un navire de 320 m à 23 nœuds en 10 développant les 48 MW et 300 000 daN de poussée requis, 200 mbar en aval d’une virole de 150 m²).

Claims (5)

1. REVENDICATIONS

   1. Le navire sans sillage est caractérisé par la dissymétrie entre le bordé externe (6) et le côté interne (7) et par le profil du bordé externe (6), de la partie la plus avancée de l’étrave à la poupe, pour ne pas dévier les particules le long desquelles il progresse ; il ne subit donc que la résistance visqueuse. Pour l’équilibre latéral des forces, cette dissymétrie est corrigée en correspondant à une autre paire de bordés comparable mais symétrique.
2. 2. Le navire sans sillage selon la revendication 1 est caractérisé par un collecteur central (5) où le flux amont est accéléré pour ménager une cavité archimédienne entre le collecteur (5) et le côté externe (6).
3. 3. Le propulseur à viscosité pressurisée du navire sans sillage selon les revendications 1 et 2 est caractérisé par l’injection d’un flux moteur pressurisé (3) de faible débit dans le flux amont (2) pour générer un flux aval (4) faiblement pressurisé mais de fort débit apte à propulser ce navire.
4. 4. Le propulseur à viscosité pressurisée selon la revendication 3 est caractérisé par la configuration des cellules mettant en œuvre la viscosité pressurisée, composée en premier lieu de la détente d’un flux moteur (3) au sein d’un flux amont (2), c’est à dire l’accélération des particules dudit flux amont, en second lieu de l’organisation de la collision desdites particules avec l’ensemble de celles du flux amont (rideau (8) couvrant toute la section) pour les entraîner et constituer par le flux aval (4) le sillage nécessaire au déplacement du bâtiment de surface ou du sous-marin, en troisième lieu de la rétention du flux aval (4) dans une partie arrière (9) pour l’empêcher de se détendre dans une direction intempestive, en dernier lieu de la contre-pression opposée au flux moteur permettant d’optimiser le fonctionnement de son générateur.
5. 5. Le propulseur à viscosité pressurisée selon les revendications 3 et 4 est caractérisé par le profil dentelé (20) du canal d’alimentation du flux moteur qui augmente la surface d’interpénétration pour accroître les forces d’entraînement du flux amont par ledit flux moteur.

   1/6