WO2000044616A1 - Propulseurs cycloïdes dont la forme et l'orientation des pales sont modifiees elastiquement par les poussees hydrodynamiques - Google Patents

Propulseurs cycloïdes dont la forme et l'orientation des pales sont modifiees elastiquement par les poussees hydrodynamiques Download PDF

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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
    • B63H1/04—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction
    • B63H1/06—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades
    • B63H1/08—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades with cyclic adjustment
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    • B63H1/08—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades with cyclic adjustment
    • B63H1/10—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades with cyclic adjustment of Voith Schneider type, i.e. with blades extending axially from a disc-shaped rotary body

Definitions

  • Cycloid thrusters whose shape and orientation of the blades are elastically modified hydrodynamic breakouts.
  • the angular position of pivoting of the pivot (3) is determined at all times by an appropriate device, specific to the cycloidal thruster considered, on which the said improvements apply.
  • Each of these pins (3) is connected to the end of the "elongation" (a term used in aviation) with a profiled blade (4) wing shaped plane, so that its axis passes through this blade in its thickness parallel to this "elongation".
  • the direction of the blade profile chord is therefore linked to the angular position of its pivot (3), which is its only support.
  • the appropriate device mentioned above is still designed, in all cycloid thrusters for all the blades creates a flow of water perpendicular to the shaft (5), and consequently reverse thrust on the ship by reaction when the disc (1) is rotated.
  • the present device proposes to remedy these drawbacks by giving the blades as much as possible the camber that suits them at all times, and by acting immediately on the "pitch" in a beneficial way (by modifying the average orientation of the strings of each blade) each time the operating parameters change. - o -
  • the cycloid thrusters presented in this presentation are characterized in that each of their blades (4) is traversed in its entire elongation, in its thickness, by the pivot (4), which must also pass very close to its edge d 'attack.
  • the connection of this blade with its pivot, or its own structure, or both in combination must moreover have an elasticity and a flexibility which determines at all times both its camber and a deviation of its orientation, under the effect of thrusts imparted to it by the relative flow of water it receives.
  • This orientation before deflection being that given to the chord of its profile by the appropriate device mentioned above, which is specific to the cycloid propellant concerned, when the water flow is zero. This is the case when the propeller is stationary on a ship without wanders; the blade profile is then intended to be symmetrical.
  • Vr vector being the vector sum of the progress Va and the vector v representing the inverse of the peripheral speed of the pin (4).
  • Vr is the speed of the flow that actually receives the blade
  • this elasticity and flexibility are due to the inherent qualities of the intrinsic structure of the blade (4) and possibly by an elastic coupling arranged between the latter and its pivot (3). This latter function can be achieved simply by direct fixing of the pivot (3) on an elastic element forming part of the structure of the blade (FIG. 6 7).
  • the claimed device first requires that this pivot (3), holding the blade, has a very "advanced” position, close to its leading edge, so that the hydrodynamic thrusts can give it the desired camber ( Figures 6 7 8 9 10 11). If this were not so, the curvature, although being in the desired direction ( Figure 2), would lead to an excessive incidence of the relative flux near the leading edge, which would affect its perfect flow.
  • pivots (3) must moreover completely cross the blade in its thickness, parallel to its "elongation", so that they can carry out its maintenance over a large width thereof, so as to give it a regular, free curvature. unwanted local torsion and deformation.
  • the elastic deformation of the blade requires that its structure is flexible and resilient in such a way that it takes the most efficient form of any part of its circular movement.
  • this structure can be homogeneous and composed of a single material. It can also be much more complex and may or may not include internal or external reinforcing ribs, arranged longitudinally or transversely, which may or may not provide cells filled with a gas (most often air).
  • the materials used alone or in combination may be metals, plastics, rubber, neoprene, glass or carbon fibers, or any other material whose elasticity is suitable.
  • the hydrodynamic thrusts can reverse this curvature from a certain distance from the pivot due to the reciprocating movement carried out.
  • the profile of the blade thus initiates a quasi-sinusoidal shape, of rather short length in FIG. 7, but can be longer, like the body of an eel, by comprising a series of successively alternately reverse camberings which gives a curvy profile.
  • a cycloid thruster with a single blade can be recommended to allow a great length thereof.
  • a rope that is shaken laterally also shows that the thrusts of the flow on a thin and flexible body easily make it take a sinusoidal shape.
  • a whip is also a good example • as slamming --- to end is considered to have a narrow compared with the eddies that are created there.
  • This internal structure of the blade may include an approximately rectangular elastic blade, of metal, plastic, fiberglass, carbon or the like, which is fixed by one of its sides to the pivot (3).
  • it may include longitudinal i ⁇ dentations along strings of profiles to determine more or less narrow tongues, of various lengths, so that the shapes and orientations of the blades are as efficient as possible.
  • This elastic strip when it is no indentation, also can further comprise on its faces the flexible material intended to achieve break a typical blade profile, and then itself constitute the actual blade.
  • the sampling of its thickness is not necessarily identical at any point on its surface so that its elastic flexibility is modulated so that the best camber and orientations of the blade are achieved.
  • the elastic connection between pivot (3) and the structure of the blade (4) can consist of a silentbloc constituted by a ring of rubber or neoprene or any other elastic material which encloses, by being fixed to it, the pivot (3 ).
  • the outer cylindrical surface of this ring being secured to at least one element of the structure of the blade (4).
  • This silent block can be unique and long enough for a good hold of the blade or split in several copies along the pivot.
  • This assembly can be simplified if the elastic material no longer constitutes a ring but is simply the elastic material itself of which is composed, at least partially, the blade itself.
  • the pivot (3) being free to rotate in a tubular recess being adjusted to it with gentle friction, in the thickness of the blade.
  • the inner end of the springs being fixed on the pivot (3) and the other on at least one element of the blade structure.
  • the "handle part" representing the pivot (3) proper remains in connection with the blade orientation device specific to the cycloid propeller considered.
  • the silentblocs (8) or springs (9) are placed between the pivot (3) and the latter device (on one side or the other of the disc 1).
  • the pivot (3) for good support, is maintained by at least two bearings (2 and 7 in figure 9) arranged, one on the disc (1) the other on a structure being integral with it (most often a another parallel disc (1 '), which generally constitutes a drum with the first).
  • the pivot (3) passes smoothly through the circular element with fingerprints (6) in a concentric tubular recess (FIG. 12).
  • the mentioned silentblocs (8) or springs (9) connect each circular element (6) to its pivot (3); their external parts being fixed on the first city, and their internal parts on the second.
  • camberings produced by these devices are inverse to those usually observed on the more common profiled blades.
  • aircraft wings have their curvature facing the underside (as well as the propeller blades), while the opposite occurs on engines on display here.
  • the camber now proposed is however entirely consistent with that observed on the caudal fins of animals and the fins of swimmers ( Figures 2 6 7 8 9 10 11), whose performance is no longer to be demonstrated. This characteristic is explained by specialists by the transverse movement, straight and alternative, of these organs which generates the beneficial vortices mentioned above ( Figure 2). It is indeed well known that these vortices do not exist (and are on the contrary to be avoided) for the blades receiving a relative flow of fluid of constant force and direction.
  • cycloid thrusters generally have their blades in the shape of a rectangle or trapezoid. Those presented here can have the same shapes of blades, but the latter can also take those of the caudal fins of aquatic animals, which have benefited from many millennia of development. These recommended forms are those, approximate, of "very flat crescents" with the ends curved towards the trailing edge. These are most often of uneven surfaces; the closest to the disc (1) can even be zero to reduce the bending of the shaft (5) and the pivots (3).
  • This new propellant cycloid is characterized in that the angular positioning of the pins (3) are such that in the absence of flow, or when the disc (1) is stationary, the blades remain parallel to each other in a specific direction (which is the one chosen for the propulsion thrust).
  • the device carrying out this original orientation (FIG. 9) comprises circular elements with imprints (6) each connected concentrically with a pivot (3); either directly or, as has already been seen (FIG. 12), by means of silentbloc or spiral spring.
  • the silentbloc cylinder (8) can be replaced by the flexible material constituting all or part of the blade itself, in accordance with what has already been said.
  • a transmission chain (13) (figure 9 and 10 right), or an intermediate toothed pinion 12 (figure 10 left) whose bearings are maintained on the disc (1), connects the circular element (6) to a central element (14) of the same nature and of the same diameter kept immobile and in position coaxial with the shaft (5) of the disc (1).
  • the central sheave when the belt device is adopted, or the central pinion in the case of chains, is in reality in the form of a "stack" (14) coaxial of these identical circular elements forming a block.
  • this stack (14) is in fact only a single pulley provided with as many grooves as sheaves (6); each of these being placed opposite a groove of the pulley (14).
  • a similar device is used if it is transmission chains.
  • a single central pinion (14) is sufficient for all the intermediate toothed pinions (12) if they are used. An initial "setting" when all these elements are stopped is necessary so that the blades are parallel to each other.
  • the shaft (5) of the rotating disc (1) is held by two bearings (17 and 18 Figures 1 and 9) which are connected to the structure of the ship.
  • a large toothed pinion (19) is keyed onto the shaft (5) by being meshed on a smaller toothed pinion (20) rotated by the motor torque.
  • This propellant can be "outboard” or “inboard depending on whether it is arranged outside a transom or inside the hull of the ship (in the latter case a cable gland or a well should be planned).
  • This pivot (15) (then leaving the shaft 5) is fixed at right angles to the end of a lever (16) which can be used directly by the helmsman to steer the ship.
  • This lever can be articulated by its other end on a rod which can slide under the action of a hydraulic piston or a simple sheathed cable controlled remotely by this same coxswain.
  • the disc (1) is actually a sealed drum, consisting of a fairly short vertical cylinder (16) closed at its ends by two large horizontal discs (1) and (1 '), containing the sheaves (6 14) (all of identical diameters) and the belts (13) already described.
  • the "notches" and the corresponding fingerprints on these elements being chosen so that the blades, in the absence of any hydrodynamic thrust, remain parallel to each other (that is to say when stationary).
  • the pivots (3) of the sheaves being held high and low by bearings (2) and (7) fixed on the discs (1 and the).
  • "Spinnaker” seals mounted on these pivots ensuring the tightness of the drum at the points, close to the bearings (2), where they exit from it.
  • the motor shaft (5) is maintained by two bearings (17 18) secured to the hull of the ship.
  • the profiled blades (4) chosen in this model are rectangular in shape and of thin symmetrical profile (propellant stopped).
  • the motor shaft (5) is tubular and an axis (15) can pivot with gentle friction in the obviously central one. Its lower end is fixed concentrically to the central pulley (14), and its upper end, beyond the end of the shaft (5) of the drum, is fixed to the end of a perpendicular lever (16) intended to be operated manually. to form a "bar” similar to that of a classic rudder.
  • This unique propeller with flexible blades can be placed in an "outboard", on a transom; or in "inboard”. In the latter case the drum shaft passes through the shell through a cable gland.

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Abstract

Le mouvement circulaire uniforme des pales des propulseurs cycloïdes de navires se décompose en deux mouvements alternatifs sinusoïdaux perpendiculaires. Celui qui est traversier est tout à fait similaire aux 'battements' des nageoires caudales des poissons et des palmes des nageurs, qui créent les tourbillons très bénéfiques qui caractérisent cette propulsion. Ceux-ci peuvent être très amplifiés en rendant élastiques les pales (4) des rotors cycloïdes et leur attache (3). Ceci est particulièrement évident sur le propulseur cycloïde 'ROTOR LIPP' pour lequel cette similitude est patente. Cette élasticité permet en outre de réaliser un propulseur cycloïde inédit extrêmement simple qui ne peut fonctionner, et donc exister, sans cette caractéristique. Ces propulseurs suppriment également les gouvernails.

Description

Propulseurs cycloïdes dont la forme et l'orientation des pales sont modifiées élastiquement par les poussées hydrodynamiques.
Les nouveaux propulseurs de navires présentés ici résultent le plus souvent de perfectionnements de propulseurs cycloïdes existants, qui consistent essentiellement, comme il sera vu plus loin, en une élasticité donnée aux pales et à leurs liaisons. Cette élasticité permettant également la réalisation de propulseurs cycloïdes ne pouvant exister sans cette particularité .
Ces propulseurs existants, et celui présenté en fin d'exposé, se composent essentiellement d'un disque (1) (ou un tambour ou une structure similaire), mis en rotation uniforme par un couple moteur appliqué à son arbre (5) lui étant fixé coaxialement , qui est muni, à espacements constants et à égales distances de son centre, de paliers (2) maintenant chacun un pivot (3) parallèlement à l'arbre (5)
La position angulaire de pivotement du pivot (3) est déterminée à chaque instant par un dispositif approprié, spécifique au propulseur cycloïde considéré, sur lequel s'appliquent les dits perfectionnements.
Chacun de ces pivots (3) est relié à l'extrémité de l' "allongement" (terme utilisé en aviation) d'une pale profilée (4) en forme d'aile d'avion, de manière à ce que son axe traverse cette pale dans son épaisseur parallèlement à cet "allongement". La direction de la corde du profil des pales est donc liée à la position angulaire de son pivot (3), qui est son unique soutien. Le dispositif approprié cité plus haut est toujours conçu, chez tous les propulseurs cycloïdes, pour que l'ensemble des pales crée un flux d'eau perpendiculaire à l'arbre (5), et par conséquent une poussée inverse sur le navire par réaction lorsque le disque (1) est mis en rotation. Ces orientations étant cycliques, c'est à dire que chaque pale retrouve la même direction après chaque tour complet du disque (1).
Les exemples les plus connus de tels propulseurs sont le VOITH SCHNEIDER et le ROTOR LIPP (qui est le nom adopté par l' Ecole Nationale Supérieure de Techniques Avancées, ENSTA, créatrice d'un prototype étudié en bassin de carène - brevet français N°89 11230). Les profils des pales de ces deux propulseurs sont symétriques et l'axe des pivots (3) de leurs pales passe par leur corde.
Bien qu'ils soient très appréciés, surtout pour des raisons de manoeuvrabilité, le rendement de ces deux propulseurs n'est pas parfait, ne serait-ce qu'en raison de l'absence de toute cambrure de leurs pales.
Par ailleurs, leur "pas", qui est réglable par l'utilisateur sur ces deux propulseurs (voir figure 11 un schéma du mécanisme du ROTOR LIPP), ne tend pas à se modifier instantanément de lui-même aux conditions de fonctionnement lorsque celles-ci subissent des variations, momentanées ou non (en cas de mer agitée par exemple).
Le présent dispositif se propose de remédier à ces inconvénients en donnant aux pales autant que faire ce peut la cambrure qui leur convient à chaque instant, et en agissant immédiatement sur le "pas" d'une façon bénéfique (en modifiant l'orientation moyenne des cordes de chaque pale) à chaque variation des paramètres de fonctionnement. — o -
Toute démonstration de ce qui va suivre par des formules hydrodynamiques est beaucoup trop ardue; et serait de toute façon sujette à caution en raison des approximations dont souffre cette science très complexe. II est beaucoup plus commode, et plus judicieux en l'état actuel des choses, de s'appuyer sur des analogies avec des dispositifs existants dont l'efficacité ne se discute pas: il s'agit en l'occurrence de la propulsion des animaux aquatiques rapides et de celle des nageurs munis de palmes souples.
Dans les deux cas, l'étude et l'observation mettent en relief la présence de forts tourbillons, à l'arrière du système propulsif, qui sont considérés comme les principales causes des rendements exceptionnels constatés (figure 2).
Le mode de propulsion des poissons dont le corps est sinueux (anguilles, murènes, etc..) peut également servir d'exemple à imiter (la figure 7 montre une double cambrure; mais elle peut se répéter plusieurs fois). La progression semble alors relativement lente, mais le rendement est probablement excellent.
Il est indéniable qu'une forte analogie existe entre le mouvement des pales du ROTOR LIPP avec celui des nageoires caudales de ces animaux et les palmes perfectionnées des nageurs (figures 3 et 4). Le mouvement du pivot (3) de chaque pale de ce propulseur, par rapport à la masse d'eau, est une "trochoïde" (figure 4), dont l' "allure" géométrique est très proche des "sinusoïdes" que décrivent les nageoires caudales et les palmes.
Par rapport aux mobiles qu'elles propulsent, ces dernières effectuent des aller-retours quasi-rectilignes suivant une loi sinusoïdale; alors que le mouvement des pivots des pales des propulseurs cycloïdes est tout à fait différent car il est circulaire et uniforme (figures 3 4 5). La cinématique permet cependant de décomposer ce dernier mouvement en deux mouvements rectilignes perpendiculaires sinusoïdaux. L'un, effectué d'avant en arrière et vice versa, peut être considéré dans un premier temps comme un mouvement parasite que l'on peut négliger; l'autre est traversier et est parfaitement assimilable aux mouvements des "aller-retours" des modèles vivants.
Les propulseurs cycloïdes présentés dans cet exposé se caractérisent en ce que chacune de leurs pales (4) est traversée dans la totalité de son allongement, dans son épaisseur, par le pivot (4), qui doit passer en outre très près de son bord d'attaque. La liaison de cette pale avec son pivot, ou sa structure propre, ou les deux en combinaison, devant par ailleurs présenter une élasticité et une souplesse qui lui détermine à tout instant à la fois une cambrure et une déviation de son orientation, sous l'effet des poussées que lui imprime le flux relatif d'eau qu'elle reçoit. Cette orientation avant déviation étant celle donnée à la corde de son profil par le dispositif approprié cité plus haut, qui est propre au propulseur cycloïde concerné, lorsque le flux d'eau est nul. C'est le cas lorsque le propulseur est immobile sur un navire sans erre; le profil de la pale est alors prévu pour être symétrique.
Ces modifications de la forme et de l'orientation de la pale disparaissent également, au moment où l'incidence du flux relatif devient nulle, c'est à dire au moment où il passe d'une face à l'autre en "contournant" le bord d'attaque (l'extrados devenant l'intrados, et vice versa, deux fois par tour, au points N et S des figures 3 4 5).
(le vecteur Vr étant la somme vectorielle de l'avancement Va et du vecteur v représentant l'inverse de la vitesse périphérique du pivot (4). Vr est donc la vitesse du flux que reçoit effectivement la pale) (voir figure 6) . Comme il a été dit, cette élasticité et cette souplesse sont dues aux qualités propres de la structure intrinsèque de la pale (4) et éventuellement par un accouplement élastique disposé entre celle-ci et son pivot (3). Cette dernière fonction pouvant être réalisée simplement par un fixation directe du pivot (3) sur un élément élastique faisant partie de la structure de la pale (figure 6 7).
Le dispositif revendiqué exige en premier lieu que ce pivot (3), maintenant la pale, ait une position très "avancée", proche de son bord d'attaque, afin que les poussées hydrodynamiques puissent lui donner la cambrure souhaitée (figures 6 7 8 9 10 11). S'il n'en était pas ainsi, la courbure, bien que se présentant dans le sens désiré (figure 2), conduirait à une incidence trop forte du flux relatif près du bord d'attaque, ce qui nuirait à son parfait écoulement.
De surplus, cette position avancée du pivot (3) permet un plus fort couple de déviation de l'orientation de la corde de profil de la pale (figure 6 7); ce qui est souhaitable comme il sera vu plus loin.
Cette "position très avancée" des pivots (3) ne se retrouve pas sur les propulseurs cycloïdes existants (figure 1 3 4 5), où ils sont en général disposés à la hauteur du centre de poussée des pales (approximativement au quart de la corde), afin de réduire les couples nécessaires à l'orientation des pales, fournis par le mécanisme spécifique au propulseur cycloide considéré.
Ces pivots (3) doivent en outre traverser complètement la pale dans son épaisseur, parallèlement à son "allongement", pour qu'ils puissent effectuer son maintien sur une grande largeur de celle-ci, de manière à lui donner une courbure régulière, exempte de torsion et de déformation localisée indésirable. La déformation élastique de la pale nécessite que sa structure soit souple et élastique d'une façon telle qu'elle prenne la forme la plus performante possible en tout point de son déplacement circulaire. Pour ce faire, cette structure peut être homogène et composée d'une unique matière. Elle peut aussi être beaucoup plus complexe et comporter ou non des nervures internes ou externes de renforcement, disposées longitudinalement ou transversalement, qui ménagent ou non des alvéoles remplies d'un gaz (le plus souvent de l'air). Les matériaux utilisés seuls ou en combinaison peuvent être des métaux, des plastiques, du caoutchouc, du néoprène, des fibres de verre ou de carbone, ou tout autre matière dont l'élasticité est convenable.
Lorsque la corde de profil est très longue et que la structure de la pale est extrêmement souple, les poussées hydrodynamiques peuvent inverser cette courbure à partir d'une certaine distance du pivot en raison du mouvement alternatif réalisé. Le profil de la pale amorce ainsi une forme quasi-sinusoïdale, d'assez faible longueur sur la figure 7, mais peuvent être plus longue, à l'image du corps d'une anguille, en comportant une suite de cambrures successives alternativement inverses qui donne un profil sinueux.
Un propulseur cycloïde à une seule pale peut être préconisé pour permettre une grande longueur de celle-ci.
Ce phénomène de multiples inversions de cambrure, assez difficile à expliquer, s'observe couramment chez les animaux qui se propulsent dans l'eau en ondulant.
Une corde que l'on secoue latéralement montre bien par ailleurs que les poussées du flux sur un corps mince et souple lui font prendre aisément une forme sinusoïdale. Un fouet est également un bon • exemple, car le claquement--- d'extrémité est considéré comme ayant un rapport étroit avec les tourbillons qui se créent à cet endroit. Cette structure interne de la pale peut comporter une lame élastique approximativement rectangulaire, en métal, matière plastique, fibre de verre, de carbone ou autre, qui est fixée par un de ses cotés sur le pivot (3).
Elle se prolonge longitudinale ent en occupant la majeure partie de l' "allongement" de la pale et en matérialisant la surface fictive contenant les cordes de ses profils, figurant ainsi une sorte d'épine dorsale. Cette lame élastique étant complétée et étoffée sur chaque face par un matériau très souple, comportant ou non des alvéoles remplies de gaz, pour réaliser la forme de profil désirée.
En outre, elle peut comporter des iπdentations longitudinales suivant des cordes de profils pour déterminer des languettes plus ou moins étroites, de longueurs diverses, pour que soient réalisées les formes et les orientations des pales les plus performantes possibles.
Cette lame élastique, lorsqu'elle est sans indentation, peut également ne plus comporter sur ses faces le matériau souple prévu pour réaliser au repos un profil de pale classique, et constituer alors à elle seule la pale proprement dite. L'échantillonnage de son épaisseur n'étant pas obligatoirement identique en tout point de sa surface de manière à ce que sa souplesse élastique soit modulée pour que soit réalisées les meilleures cambrures et orientations de la pale.
La liaison élastique entre pivot (3) et la structure de la pale (4) peut se composer d'un silentbloc constitué par un anneau de caoutchouc ou de néoprène ou tout autre matière élastique qui enserre, en lui étant fixé, le pivot (3). La surface cylindrique extérieure de cet anneau étant solidarisée avec au moins un élément de la structure de la pale (4). Ce silentbloc pouvant être unique et suffisamment long pour une bonne tenue de la pale ou fractionné en plusieurs exemplaires le long du pivot.
Ce montage pouvant être simplifié si la matière élastique ne constitue plus un anneau mais est simplement la matière élastique elle-même dont est composée, au moins partiellement, la pale proprement dite. On peut également remplacer ce ou ces silentblocs en leur lieu et place par un très large et fort ressort spirale ou par plusieurs, plus petits, alignés sur l'axe du pivot. Le pivot (3) étant libre en rotation dans un évidemment tubulaire lui étant ajusté à frottement doux, dans l'épaisseur de la pale. L'extrémité intérieure des ressorts étant fixée sur le pivot (3) et l'autre sur au moins un élément de la structure de la pale. On peut également raccourcir au maximum ces ressorts spirales qui peuvent se réduire alors à de courtes lames élastiques joignant le pivot et la pale.
Il est à remarquer que toutes les pales, même celles qui sont considérées comme rigides, possèdent cependant une certaine élasticité propre à toute structure; surtout lorsqu'elles sont creuses et constituées de parois légères. Dans ce cas, si la liaison entre pivot et pale est élastique, la fonction "déviation de l'orientation" prend alors largement le pas sur la fonction "variation de la cambrure" .
Dans certaines réalisations, pour augmenter le couple qui dévie l'orientation des pales, il peut être nécessaire de reporter l'axe de rotation du pivot (3) au delà du bord d'attaque de sa pale, sur le prolongement avant de la corde de son profil (figure 8). Pour ne pas faire obstacle au flux, ce pivot doit alors comporter un décrochement en forme de baïonnette : la "partie lame" (3') traversant la pale dans son épaisseur en lui étant fixée au lieu et place du pivot initial (3).
La "partie manche" représentant le pivot (3) proprement dit demeure en liaison avec le dispositif d'orientation des pales spécifique au propulseur cycloide considéré. Les silentblocs (8) ou ressorts (9) sont placés entre le pivot (3) et ce dernier dispositif (d'un coté ou de l'autre du disque 1).
C'est en particulier le cas des propulseurs cycloïdes (figure 12) dont le pivot (3) est disposé concentriquement à un élément circulaire à empruntes (pignon denté ou un réa cranté) (6) (lequel élément circulaire a son positionnement angulaire déterminé par le dispositif spécifique venant d'être cité).
Le pivot (3), pour un bon maintien, est maintenu par au moins deux paliers (2 et 7 figure 9) disposés, l'un sur le disque (1) l'autre sur une structure lui étant solidaire (le plus souvent un autre disque parallèle (1'), qui constitue en général un tambour avec le premier).
Le pivot (3) traverse à frottement doux l'élément circulaire à empruntes (6) dans un évidemment tubulaire concentrique (figure 12). Les silentblocs (8) ou les ressorts (9) cités relient chaque élément circulaire (6) à son pivot (3); leurs parties extérieures étant fixées sur le premier cité, et leurs parties intérieurs sur le second.
Il est à noter que les cambrures réalisées par ces dispositifs sont inverses de celles que l'on observe habituellement sur les pales profilées plus courantes. Par exemple, les ailes des avions ont leur courbure tournée vers l'intrados (ainsi d'ailleurs que les pales d'hélices), alors que le contraire se présente sur les propulseurs exposés ici. La cambrure maintenant proposée est cependant tout à fait conforme à celle observée sur les nageoires caudales des animaux et les palmes des nageurs (figures 2 6 7 8 9 10 11), dont les performances ne sont plus à démontrer. Cette particularité est expliquée par les spécialistes par le mouvement traversier, rectiligne et alternatif, de ces organes qui engendre les tourbillons bénéfiques cités plus haut (figure 2). Il est en effet bien connu que ces tourbillons n'existent pas (et sont au contraire à éviter) pour les pales recevant un flux relatif de fluide de force et de direction constantes.
Contrairement aux ailes d'avion, et même aux pales des hélices (dont certaines sont souples) extrados et intrados se permutent constamment ici (en même temps que les cambrures) deux fois par tour de rotation du disque (1) (en N et S).
Les propulseurs cycloïdes existants ont en général leurs pales en forme de rectangle ou de trapèze. Ceux présentés ici peuvent avoir les mêmes formes de pales, mais ces dernière peuvent prendre également celles des nageoires caudales des animaux aquatiques, qui ont bénéficiées de nombreux millénaires de perfectionnement. Ces formes préconisées sont celles, approximatives, de "croissants très plats" aux extrémités recourbées vers le bord de fuite. Celles-ci étant le plus souvent de surfaces inégales; la plus proche du disque (1) pouvant même être nulle pour diminuer la flexion de l'arbre (5) et des pivots (3).
Les avantages du dispositif de pales et de liaisons souples des propulseurs présentés ici est moins facile à comprendre, parce que moins évident, lorsqu'il concerne un propulseur dérivé du VOITH SCHNEIDER. Dans la masse de l'eau, ses pales décrivent cette fois une "épicycloïde" (figure 5), dont la forme est très éloignée de la "sinusoïde" représentant le mouvement d'une palme ou d'une nageoire caudale (alors que la "trochoïde", décrite par les pales du ROTOR LIPP, figure 4, en est très proche ) .
Cependant, comme pour tout rotor cycloïde, le pivot (3) des pales du VOITH SCHNEIDER décrit une trajectoire circulaire uniforme qui peut se décomposer de la même façon en deux mouvements perpendiculaires sinusoïdaux. Comme il a été dit, celui d'avant en arrière et vice versa peut être négligé comme étant secondaire, et le mouvement aller- retour traversier restant imite celui des nageoires et des palmes .
En outre, il est à noter que ces deux propulseurs, à l'image de leurs "modèles vivants", réalisent leurs inversions de cambrure au mêmes endroits. C'est à dire aux deux points (N et S) les plus extérieurs par rapport à la direction de la propulsion (figures 3 4 5); dans les parages desquels se produisent les tourbillons bénéfiques recherchés.
Il convient en ce point de l'exposé, de revendiquer un propulseur cycloïde qui, tout en étant conforme aux propulseurs cycloïdes concernés par cet exposé, possède une particularité .
Tous les propulseurs revendiquée ici sont caractérisés par la position très "avancée" du pivot de leurs pales et l'élasticité de celles-ci ou de ses attaches; ce qui leur procurent un meilleurs rendement. Cependant, jusqu'à maintenant, les propulseurs concernés étaient susceptibles de produire une propulsion, même en l'absence de ces caractéristiques.
Ce n'est pas le cas de ce propulseur inédit, qui a absolument besoin de ces dernières pour propulser un navire et mériter ainsi le nom de propulseur. Bien qu'étant nouveau, une partie importante de ses éléments constitutifs se retrouvent dans ce qui a été décrit; ce qui facilite sa présentation . Ce nouveau propulseur cycloïde se caractérise en ce que les positionnements angulaires des pivots (3) sont tels qu'en l'absence de flux, ou lorsque le disque (1) est immobile, ces pales demeurent toutes parallèles entre elles dans une direction déterminée (qui est celle choisie pour la poussée de propulsion).
Le dispositif réalisant cette orientation originale (figure 9) comporte des éléments circulaires à empruntes (6) en liaison chacun concentriquement avec un pivot (3); soit directement, soit, comme il a été déjà vu (figure 12), par l'intermédiaire de silentbloc ou ressort spirale. Le cylindre (8) du silentbloc pouvant être remplacé par le matériau souple constituant tout ou partie de la pale elle- même, conformément à ce qui a déjà été dit.
Une chaîne de transmission (13) (figure 9 et 10 droite), ou un pignon denté intermédiaire 12 (figure 10 gauche) dont les paliers sont maintenus sur le disque (1), relie l'élément circulaire (6) à un élément central (14) de même nature et de même diamètre maintenu immobile et en position coaxiale avec l'arbre (5) du disque (1).
Le réa central, lorsque le dispositif par courroies est adopté, ou le pignon central s'il s'agit de chaînes, se présente en réalité sous la forme d'un "empilement" (14) coaxial de ces éléments circulaires identiques faisant bloc. Dans le cas de courroies, cet empilement (14) n'est en fait qu'une seule poulie pourvue d'autant de gorges que de réas (6); chacun de ceux-ci étant placé en regard d'une gorge de la poulie (14). Un dispositif similaire est employé s'il s'agit de chaînes de transmission. Par contre, un seul pignon central (14) suffit pour tous les pignons dentés intermédiaires (12) s'ils sont employés. Un "calage" initial à l'arrêt de tous ces éléments étant nécessaire pour que les pales soient parallèles entre elles. L'arbre (5) du disque rotatif (1) est maintenu par deux paliers (17 et 18 figures 1 et 9) qui sont reliés à la structure du navire. Un large pignon denté (19) est claveté sur l'arbre (5) en étant engrené sur un pignon denté (20) plus petit mis en rotation par le couple moteur. Ce propulseur pouvant être "hors-bord" ou "in-bord suivant qu'il est disposé à l'extérieur d'un tableau arrière ou à l'intérieur de la coque du navire (dans ce dernier cas un presse-étoupe ou un puits devra être prévu).
En outre, comme il a été dit, il est indispensable que les pales ou leur liaison (ou les deux à la fois) disposent de l'élasticité requise, procurée par l'un quelconque des dispositifs qui ont été présentés plus haut. Si ce n'était pas le cas, le montage décrit ci- dessus ne pourrait pas, en particulier, démarrer à partir de la position arrêtée du navire, et encore moins s'il avait de l'erre en arrière. Pour le comprendre aisément, il suffit de considérer les pales qui subiront les poussées les plus fortes; c'est à dire celles qui sont places les plus "en avant" et les plus "en arrière" (en se référant à la direction de leur orientation commune, qui est celle de l'avancement espéré). Au démarrage, ces pales recevront le flux perpendiculairement à la corde de leur profil, c'est à dire que les composantes suivant la direction de l'avancement seront nulles. Pour les autres pales, toujours au démarrage, ces composantes s'annuleront deux à deux, si nous considérons chaque "couple" de pales situées en position diamétrale sur le disque (1).
Par contre, au cours de ce même démarrage et par la suite, lorsque les dispositifs élastiques décrits ici sont présents, ils modifient les orientations des cordes des pales de manière à ce que les composantes des poussées suivant la direction de propulsion soient toutes positives. Exception faite des pales en position N et S, les plus latérales par rapport à cette direction, pour lesquelles ces poussées deviennent nulles. Pour perfectionner ce propulseur, il est très intéressant qu'il soit conçu pour que l'utilisateur puisse modifier à sa guise la direction de la poussée de propulsion par rapport à celle du navire. Cela permet de supprimer le gouvernail de direction lorsque l'arbre moteur (5) est approximativement vertical, ou le gouvernail de profondeur d'un sous-marin si cet arbre est horizontal et lui est traversier.
Pour ce faire, il convient que le pignon central (14) (unique s'il s'engrène avec les pignons intermédiaires (12), figure 10 gauche), ou l' "empilement" (14) des éléments circulaires centraux à empruntes dans les autres cas (figure 9 et 10 droite), soit fixé concentrique ent à l'extrémité d'un axe (15) pouvant pivoter à frottement doux dans un évidemment tubulaire axial de l'arbre (5).
L'autre extrémité de ce pivot (15) (étant alors sortie de l'arbre 5) est fixé à angle droit au bout d'un levier (16) qui peut être utilisé directement manuellement par le barreur pour gouverner le navire. Ce levier pouvant être articulé par son autre bout sur une tige pouvant coulisser sous l'action d'un piston hydraulique ou d'un simple câble gainé commandé à distance par ce même barreur.
Ces deux derniers éléments pouvant également agir de même sur une crémaillère demeurant en prise avec un pignon denté d'orientation fixé coaxialement sur l'axe (15). Cette crémaillère pouvant être remplacée par le pignon de sortie d'un moteur électrique "pas à pas", commandé depuis la timonerie, qui s'engrène sur le dit pignon d'orientation
(ces derniers dispositifs ne figurant pas sur les dessins).
Pour terminer cet exposé, et en préciser certain points, il est intéressant de décrire plus en détail un propulseur simple, afin que tout homme de l'art soit en mesure de le construire (figure 9). II s'agit du propulseur évoqué au paragraphe précèdent, muni de trois pales souples et élastiques, dont l'arbre moteur (5) du disque (1) est vertical et mis en rotation par un moteur électrique par l'intermédiaire des deux pignons (19) et (20) déjà décrits. Le dispositif par courroies crantées (13) et poulie centrale (14) à trois gorges est adopté ici.
Le disque (1) est en réalité un tambour étanche, constitué d'un assez court cylindre vertical (16) fermé à ses extrémités par deux larges disques horizontaux (1) et (1'), contenant les réas (6 14) (tous de diamètres identiques) et les courroies (13) déjà décrits. Les "crans" et les empreintes en correspondance sur ces éléments étant choisis pour que les pales, en l'absence de toute poussée hydrodynamique, demeurent parallèles entre elles (c'est à dire à l'arrêt).
Les pivots (3) des réas étant maintenus haut et bas par des paliers (2) et (7) fixés sur les disques (1 et l'). Des joints "spi" montés sur ces pivots assurant l'étanchéité du tambour aux points, proches des paliers (2), où ils sortent de celui-ci. L'arbre moteur (5) est maintenu par deux paliers (17 18) solidarisés avec la coque du navire. Les pales profilées (4) choisies dans ce modèle sont de forme rectangulaire et de profil symétrique mince (propulseur à l'arrêt).
Elles sont constituées d'une matière plastique souple qui est directement et fortement collées sur toute la surface extérieure cylindrique de leur pivot (3); ce dernier traversant chaque pale de bout en bout parallèlement à leur bord d'attaque, à très faible distance de lui. L'arbre moteur (5) est tubulaire et un axe (15) peut pivoter à frottement doux dans 1 'évidemment central. Son extrémité inférieure est fixée concentriqueraent à la poulie centrale (14), et son extrémité supérieure, dépassant l'extrémité de l'arbre (5) du tambour, est fixée au bout d'un levier (16) perpendiculaire destiné à être manoeuvré manuellement pour constituer une "barre" analogue à celle d'un gouvernail classique. Ce propulseur inédit à pales souples peut être placé en "hors-bord", sur un tableau arrière; ou en "in-bord". Dans ce dernier cas l'arbre du tambour traverse la coque en passant par un presse-étoupe .

Claims

REVENDICATIONS
1/ Propulseurs cycloïdes de navire comportant au moins un disque (1) ou une structure équivalente, mis en rotation uniforme par un couple appliqué à un arbre (5) lui étant implanté coaxialement disposé perpendiculairement à l'avancement du dit navire, qui est muni à espacements constants et à égales distances de son centre, de paliers (2) qui maintiennent chacun, parallèlement à l'arbre (5), un pivot (3) relié à une pale (4) de profil symétrique dont l'axe est parallèle à son allongement, un dispositif approprié déterminant à tout instant l'angle de pivotement des pivots (3) pour que la résultante des poussées hydrodynamiques sur les pales (4) maintenues constamment immergées engendre la propulsion du navire, caractérisé en ce que chaque pivot (3) traverse la pale (4) dans son épaisseur très près de son bord d'attaque et que sa liaison avec la dite pale (4), ou la structure propre de cette dernière, ou ces deux éléments conjointement, présentent une élasticité et une souplesse qui déterminent à tout instant une déviation de l'orientation de sa corde de profil par rapport à celle qu'elle présente à l'arrêt, ou une cambrure déterminée, ou ces deux résultats à la fois; ces effets résultant des poussées hydrodynamiques s 'exerçant sur les pales (4) en cours de fonctionnement pour contribuer à une amélioration de la propulsion en raison de l'analogie qu'elles présentent alors avec les nageoires caudales des poissons dont elles ont le contour général approximatif "en croissant" ou simplement une forme rectangulaire ou trapézoïdal . 2/ Dispositif selon la revendications 1 caractérisé en ce que la structure de la pale (4) est constituée d'un ou plusieurs matériaux souples et élastiques, métalliques, plastiques, ou composée de fibres de carbone ou autres matières présentant l'élasticité requise , comportant ou non des nervures internes ou externes de renforcement, longitudinales ou transversales, en ménageant ou non des alvéoles de configurations diverses remplies d'air ou autres gaz, ces éléments étant disposés de telle sorte que les poussées hydrodynamiques s 'exerçant sur les pales (4) en fonctionnement leur impriment une cambrure favorisant la propulsion .
3/ Dispositif suivant les revendications 1 et 2 caractérisé par la présence d'une large lame élastique d'épaisseur partout identique ou non, en métal, matière plastique, fibre de carbone, de forme approximativement rectangulaire, fixée par l'un de ses cotés au pivot (3), cette lame constituant la pale à elle seule ou bien réalisant une assise sur chaque face de laquelle est fixé un matériau souple façonné de manière à reconstituer au repos le profil désiré de la pale profilée, en outre cette lame élastique peut comporter des indentations longitudinales de tailles et de formes diverses pour que la souplesse des pales en fonctionnement réalise les cambrures et les orientations des pales les plus favorables à la propulsion.
4/ Dispositif suivant les revendications 1 et 2 pour obtenir la déviation désirée de l'orientation de la pale (4) en fonctionnement caractérisé en ce qu'une liaison élastique entre le pivot ( 3 ) et la structure de la pale (4) est réalisée par un ou plusieurs silentblocs cylindriques (8), alignés suivant l'axe du pivot (3), constitués de caoutchouc ou de néoprène ou tout autre atière élastique, qui enserrent le pivot (3) en lui étant fixés, et dont la surface cylindrique extérieure est solidarisée avec au moins un élément constitutif de la structure de la pale (4), qui peut être souple ou rigide; la partie de cette structure environnant le pivot (3) pouvant réaliser elle-même le silentbloc lorsqu'elle est élastique et fixée directement à ce pivot (3).
5/ Dispositif suivant les revendications 1 et
2 pour obtenir la déviation désirée de l'orientation des pales (4) caractérisé en ce qu'une liaison élastique entre le pivot (3) et la structure de la pale est réalisée par un très large et fort, ressort spiral, ou plusieurs petits en alignement suivant l'axe du pivot (3), l'extrémité intérieure de ce ou ces ressorts étant fixée sur le dit pivot (3), l'extrémité extérieure étant fixée sur au moins un élément constitutif de la pale (4), qui peut être souple ou rigide; le pivot (3) étant par ailleurs libre en rotation dans un évidemment tubulaire ajusté à son diamètre dans l'épaisseur de la pale (4), les dits ressorts pouvant être de longueur très réduite au point même de ne constituer à la limite que de courtes lames élastiques .
6/ Dispositif de propulseur cycloïde inédit, suivant les revendications précédentes prises dans leur ensemble, dont le démarrage n'est possible que lorsque l'une au moins des dispositions élastiques prévues dans ce brevet est présente, caractérisé en ce que ses pales (4) demeurent parallèles entre elles lorsqu'il est à l'arrêt en toutes positions, cette configuration étant réalisée par un élément circulaire à empreintes (6), tel que pignon denté ou réa cranté, relié concentriquement à chaque pivot. (3) de chaque pale (4), qui est raccordée, selon le cas, soit, par une chaîne de transmission (13) ou une courroie crantée (13), soit par un pignon denté intermédiaire (12) dont le ou les paliers sont fixés sur le disque (1), à un autre élément circulaire central à empreintes (14), de même nature et de même diamètre que le premier cité (6), qui est disposé coaxialement avec l'arbre (5) du disque (1), en étant maintenu immobile par rapport au navire lorsque la poussée de propulsion conserve la même orientation par rapport à lui.
7/ Dispositif suivant les revendications 1 et
6 pour modifier l'orientation de la poussée de propulsion par rapport au navire et ainsi permettre la suppression du gouvernail, caractérisé en ce que l'élément circulaire central à empruntes (14) est fixé coaxialement à l'extrémité d'un axe (15), pouvant pivoter dans un évidemment tubulaire axial de l'arbre (5), dont l'autre extrémité est fixée approximativement à angle droit à un levier (16) qui peut être orienté, soit manuellement directement par le barreur, soit en étant articulé par son autre bout à une tige pouvant coulisser sous l'action d'un piston hydraulique ou un simple câble gainé commandés à distance par le barreur.
8/ Dispositif suivant les revendications 1 et
6 pour modifier l'orientation de la poussée de propulsion par rapport au navire et ainsi permettre la suppression du gouvernail caractérisé en ce que l'élément circulaire central à empruntes (14) est fixé coaxialement à l'extrémité d'un axe (15) pouvant pivoter dans un évidemment tubulaire axial de l'arbre (5) dont l'autre extrémité comporte un pignon denté s 'engrenant en permanence soit sur une crémaillère coulissant sous l'action d'un piston hydraulique ou d'un câble gainé, soit sur le pignon denté de sortie d'un moteur électrique "pas à pas", l'action de ces trois éléments étant commandées à distance depuis la timonerie pour assurer la gouverne.
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