FR3072644A1 - Dispositif inertiel, de propulsion et de guidage, notamment pour les sous-marins - Google Patents

Abstract

La présente invention est un dispositif inertiel, de propulsion et de guidage, destiné principalement aux sous-marins. Cette invention peut s'appliquer également à tous les véhicules terrestres, les navires de surface, et les aéronefs. L'invention consiste à générer une force de propulsion dans l'axe de l'arbre 4, grâce à la mise en rotation de volants d'inertie 5, mis en rotation par des moteurs 51. Les moteurs 51 sont solidaires de la couronne 41 qui est solidaire de l'arbre 4. Ladite force de propulsion étant transmise à un châssis 1 par un pallier à double butée 42. Le châssis 1 sur lequel est fixé le pallier 42, transmet ainsi la force de propulsion au véhicule à déplacer, sans perturbation dans le milieu où se déplace le véhicule. Un système articulé, non représenté, permet d'orienter la force de propulsion dans le plan horizontal et dans le plan vertical permettant ainsi d'orienter le véhicule.

Description

La présente, invention est un dispositif inertiel, de propulsion et de guidage, destiné principalement aux sous-marins. Cette invention peut s’appliquer également à tous les véhicules terrestres, les navires de surface, et les aéronefs.

Les moyens de déplacement des engins mobiles prennent généralement appui sur le milieu dans lequel ces engins mobiles se déplacent. Ainsi, les hélices d’un sous-marin se « vissent » dans l’eau où elles sont immergées, ce qui permet leur détection par les bruits de cavitation générés par les hélices et ceci, malgré le grand soin apporté dans leurs conceptions les plus récentes. On sait par ailleurs que les gouvernails et gouvernes de profondeur des sous-marins ne remplissent leur office de guidage qu’à condition que le sous-marin soit animé d’une certaine vitesse relative par rapport à la masse liquide dans laquelle il se déplace. Un sous-marin, comme tout navire, n’est pas manœuvrable s’il est immobile dans sont milieu liquide.

La présente invention entend proposer un dispositif inertiel, de propulsion et de guidage, notamment pour les sous-marins. Il met en œuvre les forces générées par les volants d’inertie tournant à grande vitesse sur eux-mêmes et que l’on contraint, par une rotation circulaire autour d’un arbre moteur, à générer lesdites forces. Il se substituera aux hélices et aux gouvernes de direction et de profondeur. Cette invention met en œuvre des volants d’inertie, tournant à grande vitesse, disposés perpendiculairement sur une couronne, concentrique et solidaire avec l’arbre du moteur, ce qui permettra donc aux sous marins de ne plus nécessiter de passage au travers de leurs coques pour l’arbre des hélices ni pour les axes des commandes des gouvernes de direction et de profondeur.

D’ores et déjà, les volants d’inertie sont utilisés pour la stabilisation des petits navires de plaisance, en permettant ainsi de compenser le roulis et le tangage. Il est remarquable de noter le faible encombrement de tels dispositifs dont l’efficacité est pourtant remarquable. Un accessoire de « Fitness », connu sous le nom de « POWER BALL », bien que ne pesant que quelque 300 g, permet néanmoins à celui qui s’entraîne, de ressentir une force à vaincre de l’ordre de 20 kg. Au demeurant, il ne semble pas qu’il existe aujourd’hui de solution proposée pour constituer des moyens de propulsion et de guidage avec des volants d’inertie, notamment pour les sous-marins.

L’invention met en œuvre les forces, dites de « précession », générées par des volants d’inertie tournant sur eux-mêmes à grande vitesse, disposés autour d’une couronne coaxiale et solidaire avec l’arbre du moteur principal de propulsion. Cette invention étant particulièrement avantageuse pour la propulsion et le guidage des sous-marins, il ne sera décrit ci-après que les solutions de réalisations relatives aux sous-marins. Pour toutes les autres réalisations relatives aux autres véhicules, seuls les avantages de l’application de cette invention seront évoqués.

A présent l’invention va être décrite, dans un but explicatif et non limitatif, en regard des figures 1,2 et 3 annexées.

La figure 1 représente, en élévation simplifiée, un exemple de réalisation sommaire du dispositif inertiel de propulsion et de guidage.

FIGURE 1

Sur la figure 1 on trouve : Un châssis 1 ; un moteur 2 ; une boîte d’alimentation 3 ; un arbre 4 ; une couronne 41 ; un pallier butée 42 ; deux volants d’inertie 5 et deux moteurs 51.

Le châssis 1 est réalisé en charpente mécano soudée très robuste. Ce châssis sera solidaire du sous-marin sur lequel il sera installé par l’intermédiaire d’un système d’articulation, (décrit en regard de la figure 2), et qui permettra d’orienter ce châssis sur 180° dans le plan vertical et sur 360° dans le plan horizontal. Ce système d’articulation permettra d’orienter la force de propulsion générée par le dispositif inertiel, de propulsion et de guidage, dans le plan horizontal et vertical. Le châssis 1 supporte le moteur 2, la boîte d’alimentation 3, et le pallier butée 42. Ce châssis 1 est visible sur la figure 2, où l’on remarquera que sa section est en forme de « U ». Cette particularité sera explicitée en regard de la figure 2. Le moteur 2, est le moteur principal du dispositif qui fournit l’énergie nécessaire à la propulsion. Il entraîne en rotation l’arbre 4. Il s’agira par exemple d’un moteur électrique, alimenté par des câbles souples non représentés sur cette figure 1, mais lesdits câbles sont visibles sur la figure 2. Le moteur 2 sera de préférence à vitesse variable et fonctionnera dans les deux sens de rotation. Il recevra son énergie d’une génératrice ou de batteries électriques situées dans le sous-marin.

La boîte d’alimentation 3 renferme des bagues conductrices fixées sur l’arbre 4 sur des plots isolants, lesdites bagues étant alimentées par des contacts fixes en graphite, comme il est bien connu. Les contacts en graphite seront alimentés par un câble disposé comme ceux alimentant le moteur 2. Cette boîte d’alimentation 3 sera mieux décrite en regard de la figure 3.

L’arbre 4 est un arbre creux pour permettre le passage des câbles d’alimentation des moteurs 51, comme explicité sur la figure 3. L’arbre 4 est solidaire du rotor du moteur 2.

La couronne 41 est une couronne creuse pour permettre le passage des câbles qui alimentent les moteurs 51. Cette couronne 41 est concentrique et solidaire avec l’arbre 4. Elle comporte des ouvertures disposées radialement à sa périphérie, ayant des dimensions suffisantes pour permettre la rotation des volants d’inertie 5. La couronne 41 reçoit les moteurs 51 qui sont fixés au droit de chaque ouverture, lesdits moteurs 51 entraînent les volants d’inertie 5.

Le pallier butée 42 est un robuste pallier dont la parie fixe est solidaire du châssis 1 et la partie tournante solidaire de l’arbre 4. Ce pallier comporte une double butée qui permet de transmettre la force de propulsion (vers l’avant ou vers l’arrière) générée par les volants d’inertie 5, au châssis 1, qui transmettra ainsi la force de propulsion au corps du sous-marin par l’intermédiaire du système d’articulation exposé sur la figure 2.

Les volants d’inertie 5, sont représentés au nombre de deux pour simplifier cette figure 1, mais il est entendu qu’il pourra en être installer, autant qu’il sera possible, autour de la couronne 4L Ces volants d’inertie sont des disques épais et pesants qui, pour les sous-marins pourront éventuellement être lestés avec de l’oxyde d’uranium pour en augmenter la masse, donc l’inertie. (Comme cela se pratique pour le lest des quilles de certains voiliers de compétition).

Les moteurs 51 sont au nombre de deux sur cette figure 1, mais en fait il existe un moteur 51 pour chaque volant d’inertie 5. Le moteur 51 porte le volant d’inertie 5 qui est claveté sur son arbre. Sa vitesse de rotation est aussi élevée que possible. Les moteurs 51 sont solidaires de la couronne 4L

La figure 2 représente, en coupe simplifiée, le système d’articulation qui permet d’orienter l’axe de l’arbre 4 sur 180° dans le plan vertical et sur 360° dans le plan horizontal.

Il ne sera pas nécessaire de représenter ce système d’articulation, selon une vue perpendiculaire à la figure 2, car la figure 2 est suffisante pour qu’un « homme de l’art » comprenne parfaitement le fonctionnement de ce système d’articulation.

FIGURE 2

Sur la figure 2 on trouve : une structure 0 ; un alésage 02 ; une structure 00 ; une crapaudine 000 ; le châssis 1 ; le moteur 2 ; un tourillon 11 ; une 5 roue dentée 110 ; un engrenage 120 ; un moteur 121 ; un tourillon 12 ;

l’arbre creux 4 (vue en coupe) ; un faisceau de câbles 60 ; Un enrouleur 61 ; un châssis 7 ; un alésage 70 ; un alésage 71 ; un tourillon 72 ; un tourillon 73 ; un roue dentée 730 ; une console 731 ; un engrenage 732 ; un moteur 733 ; une console 74 ; une butée 75 ; un trou 76 ; un axe 90 et un axe 91.

La structure 0, représentée interrompue, fait corps avec le sous-marin. Ce peut être par exemple, un plancher supérieur horizontal de la structure du sous-marin.

La structure 00, représentée interrompue, fait corps avec le sous-marin. Ce peut être par exemple, un plancher inférieur horizontal de la structure du sous-marin.

La crapaudine 000 est forée, comme un trou borgne, dans la structure 00 pour recevoir le tourillon 73 qui peut y tourner sans frottement. Le châssis 1 est déjà décrit en regard de la figure 1, on voit sur cette vue en coupe qu’il a la forme d’un « U » (non visible sur la figure 1, pour ne pas la compliquer). Cette forme en U permet de faire passer l’axe des tourillons 11 et 12 dans le plan horizontal de l’arbre creux 4.

Le tourillon 11 est solidaire du châssis 1.

La roue dentée 110 est solidaire du tourillon 11

L’engrenage 120 est en prise avec la roue dentée 110.

Le moteur 121 entraîne l’engrenage 120.

(La chaîne cinématique, constituée par la roue dentée 110, l’engrenage 120, et le moteur 121, entraîne en rotation, dans le plan vertical, le châssis 1.)

Le tourillon 12 est solidaire du châssis 1, il est coaxial avec le tourillon 11 et leur axe commun passe par le plan médian horizontal de l’arbre creux 4. Le tourillon 12 est tubulaire et permet ainsi de faire passer le faisceau de câbles 60, qui ne travaillera ainsi qu’en torsion sur 180°.

Le châssis 7 est un cadre rectangulaire de dimensions suffisantes pour que le châssis 1 puisse y effectuer une rotation sur 180°, autour de l’axe 90, sans que les volants d’inertie 5 (non visibles sur cette figure 2) entrent en contact avec ledit cadre 7.

Le faisceau de câbles 60 est composé du regroupement des câbles de puissance et de contrôle nécessaires au fonctionnement de ce dispositif inertiel de propulsion et de guidage. C’est un faisceau de câbles souples réunis dans une gaine étudiée pour que le faisceau de câbles puisse subir une torsion de 360° sans risque de détérioration des câbles contenus. Ce faisceau de câbles, pour parvenir à ses points de raccordement, traverse successivement le tourillon 72, le châssis 7, par le trou 76, puis le tourillon

12. Ce qui permettra les raccordements sur le moteur 2 et sur la boîte d’alimentation 3 (visible sur la figure 1).

L’enrouleur 61 est composé de deux flasques circulaires coaxiales avec le tourillon 12 et avec lequel elles sont solidaires. Cet enrouleur 61 permettra au faisceau dé câbles 60 d’être simplement enroulé sur une ou deux spires, non jointives, pour limiter la torsion au travers du tourillon 12 quand le châssis 1 se trouve entraîné en rotation sur 180°.

L’alésage 70 est foré dans le châssis 7 selon l'axe horizontal 90. Il reçoit le tourillon 12.

L’alésage 71 est foré dans le châssis 7, sur le même axe horizontal 90, en regard de l’alésage 70. Il reçoit le tourillon 11.

Le tourillon 72 est situé au centre de la partie supérieure du cadre 7. Comme le tourillon 12, il est tubulaire pour permettre le passage du faisceau de câbles 60 qui ne sera soumis ainsi qu’à une torsion sur 360°. La torsion pourra être répartie sur une plus grande longueur vers le haut, dans la structure du sous-marin. Le tourillon 72 est solidaire avec le châssis 7.

Le tourillon 73 est solidaire du châssis 7. Il s’insère dans la crapaudine 000 en passant au travers de la butée 75. Sa longueur est telle qu'il ne touche pas le fond de la crapaudine 000,

La roue dentée 730 est solidaire et coaxiale avec le tourillon 72.

La console 731 est solidaire avec la structure 0 et elle sert de support au moteur 733.

L’engrenage 732 est en prise ave la roue dentée 730.

Le moteur 733 entraîne l’engrenage 732 qui est claveté sur son arbre.

La console 74 est solidaire du châssis 7. Elle sert de support au moteur 121.

(La chaîne cinématique, constituée par la roue dentée 730, l’engrenage 732 et le moteur 733, entraîne en rotation, dans le plan horizontal, le châssis 7.)

La butée 75 est interposée entre la base du châssis 7 et la structure 00 pour supporter la totalité de la masse représentée par le dispositif inertiel de propulsion et de guidage plus le système articulé d’orientation.

Le trou 76 est foré dans le châssis 7 pour permettre le passage du faisceau de câbles 60.

L'axe 90 est l'axe horizontal autour duquel l'ensemble décrit en regard de la figure 1 peut effectuer une rotation de 180° dans le plan vertical. Il faut noter que cet axe 90 passe par le centre de gravité de l’ensemble décrit en regard de la figure 1, de telle sorte que la force nécessaire à la rotation de cet ensemble dans le plan vertical soit aussi faible que possible.

L'axe 91 est l'axe vertical de symétrie du châssis 7, autour duquel il pivote dans le plan horizontal.

La figure 3 permet de mieux comprendre comment peuvent être alimenté en énergie électrique les moteurs 51 qui entraînent les volants d’inertie 5.

FIGURE 3

Sur la figure 3 on trouve : Le châssis 1 ; la boîte d’alimentation 3 ; l’arbre 4 ; la couronne 41 ; le pallier butée 42 ; trois bagues 43 ; trois contacts graphite 44 ; quatre trous 45 ; les deux volants d’inertie 5 ; les deux 10 moteurs 51 ; un câble électrique 62 ; et deux câbles électriques 63.

Le châssis 1 eàt déjà, décrit en regard des figures 1 et 2. Sur cette figure 3 il est représenté interrompu sur la gauche.

La boîte d’alimentation 3 est déjà décrite en regard de la figure un.

L’arbre 4 est déjà décrit en regard des figures une et deux.

La couronne 41 est déjà décrite en regard de la figure 1

Le pallier butée 42 est déjà décrit en regard de la figure un.

Les bagues 43 sont représentées au nombre de trois en supposant que les moteurs 51, qui entraînent en rotation les volants d’inertie 5, soient des moteurs triphasés. Ces bagues 43 sont solidaires de l’arbre 4 avec lequel elles sont solidaires par l’intermédiaire de plots isolants non représentés.

Les contacts graphite 44 sont représentés au nombre de trois comme les bagues 43.

Les quatre trous 45 sont ménagés dans la virole de l’arbre 4, au droit des bagues 43 et de la couronne 41, pour permettre le passage des câbles 63.

Les deux volants d'inertie 5 et les deux moteurs 51 sont déjà décrits en regard de la figure 1.

Le câble 62 (représenté interrompu) est inclus dans le faisceau de câbles 60, décrit en regard de la figure deux. Il est connecté aux trois contacts graphite 44.

Les deux câbles 63 sont des câbles à trois conducteurs. Ils sont connectés à gauche sur le dessous des bagues 43 et à droite sur les moteurs 51.

Avantage de l'invention appliquée aux sous-marins

Les nouveaux sous-marins équipés de ce dispositif inertiel de propulsion et de guidage, n’ayant plus besoin d’hélices, ni de gouvernes de direction et de profondeur, pourront être conçus différemment des sous-marins actuels. Leur partie arrière dévolue précédemment aux hélices et aux gouvernes sera alors libérée et pourra disposer de tubes lance torpilles comme l'est habituellement la partie avant.

On installera, de préférence, un dispositif inertiel de propulsion et de guidage près de la proue et un second dispositif près de la poupe. On comprend que, le sous-marin, ainsi équipé, pourra être manœuvré, pour se mettre en position de tir, même s’il est à vitesse nulle, et qu’il pourra plonger ou faire surface avec grande facilité et en moindre temps, ce qui lui conférera une grande supériorité au combat par rapport aux autres sousmarins. Ce sous-marin pourra, notamment, tout en étant à vitesse nulle, se retourner sur 180° grâce à l'orientation inverse de son dispositif de propulsion et de guidage avant, par rapport au dispositif placé à l’arrière. Pendant le déplacement dans le plan vertical et horizontal des dispositifs inertiels de propulsion et de guidage dans le plan horizontal, il conviendra d’arrêter le moteur principal 2, pour que les volants d’inertie 5, bien que tournant toujours à grande vitesse, ne développent pas de force de précession qui pourrait perturber la manœuvre en cours. Pour freiner le sous-marin en cas d’urgence, il suffit d'inverser le sens de rotation du moteur principal 2, ou de faire effectuer une rotation de 180° dans le plan horizontal au châssis 1. Le sous-marin, même lesté pour être en immersion, pourra néanmoins rester en surface grâce à la poussée de bas en haut exercée par les deux dispositifs de propulsion ainsi orientés. Le sous-marin pourra ainsi se mettre plus vite en plongée, si nécessaire.

Avantages de l'invention appliquée aux autres véhicules

Cette invention, sous une forme simplifiée, pourra avantageusement être appliquée, plus particulièrement sur les automobiles. Dans ce cas le châssis 1 ne sera pas articulé dans le plan vertical, il n’aura besoin de pivoter que dans le plan horizontal. Son orientation sera déterminée par la position du volant de l'automobile et également sera accentuée par un détecteur mesurant la force centrifuge engendrée par les virages, de telle sorte que la caisse du véhicule et ses pneus ne soient plus soumis à l’effet de la force centrifuge. On peut ainsi prendre des virages à vitesse élevée, sans craindre une sortie de route. Cette vitesse sera limitée uniquement par le ressenti des passagers soumis à la force centrifuge.

La transmission de la force de propulsion ne se fera plus par les roues du véhicule. Il s’ensuivra une moindre usure des pneus.

Pour le freinage du véhicule, avant d’avoir recours aux freins sur les roues on utilisera le changement d’orientation de la force de propulsion.

Au demeurant les véhicule bénéficiant de ce mode de propulsion n'auront plus besoins de transmission compliquée et devraient donc être moins onéreux que nos véhicules actuels.

Claims (5)

1°) dispositif inertiel, de propulsion et de guidage, caractérisé en ce qu’il comporte un moteur (2) qui entraîne un arbre (4), en ce que l’arbre (4) entraîne en rotation une couronne (41) qui lui est concentrique et solidaire, en ce que plusieurs volants d’inertie (5), tournant tous dans le même sens, sont mis en rotation chacun par un moteur (51), en ce que chaque moteur (51) est solidaire de la couronne (41), en ce que les volants d’inertie (5) sont régulièrement répartis, dans le même sens, autour de la périphérie de la couronne (41), en ce que un pallier butée (42) est disposé autour de l’arbre (4), et en ce que un châssis (1) supporte le moteur (2) ainsi que le pallier butée (42) et une boîte d’alimentation (3).

2°) dispositif inertiel, de propulsion et de guidage, selon revendication 1, caractérisé en ce que le châssis (1) est orientable dans le plan horizontal et dans le plan vertical par un mécanisme articulé comportant un châssis (7), en ce que le châssis (7) pivote autour d’un axe vertical (91) grâce à un tourillon (72) et à un, tourillon (73) et en ce que le châssis (1) pivote autour d’un axe horizontal (90) grâce à un tourillon (11) et à un tourillon (12) .

3°) dispositif inertiel, de propulsion et de guidage, selon revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le châssis (7) est mis en rotation autour de l’axe vertical (91) grâce à une roue dentée (730), ladite roue dentée étant en prise avec un engrenage (732) entraîné par un moteur (733), et en ce que le châssis (1) est mis en rotation dans le plan vertical grâce à une roue dentée (110), ladite roue dentée étant en prise avec un engrenage (120) entraîné par un moteur (121).

4°) dispositif inertiel, de propulsion et de guidage, selon revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les tourillons (12) et (72) sont creux pour permettre le passage d’un faisceau de câbles (60), et en ce que le faisceau de câbles (60) renferme, dans une même gaine de protection, l’ensemble des câbles de puissance et de contrôle nécessaire au fonctionnement du dispositif inertiel, de propulsion et de guidage.

5°) dispositif inertiel, de propulsion et de guidage, selon revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’alimentation en énergie des moteurs (51) est réalisée par des bagues (43) coaxiales et solidaires avec l’arbre 4, en ce que les bagues (43) sont alimentés par des contacts en graphite (44) et en ce que des câbles (63) relient les bagues (43) aux moteurs (51) en passant par des trous (45) forés dans la paroi de l’arbre creux (4).