WO2011080584A9 - Propulseur a haute performance, indépendant du milieu extérieur - Google Patents

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WO2011080584A9
WO2011080584A9 PCT/IB2010/003391 IB2010003391W WO2011080584A9 WO 2011080584 A9 WO2011080584 A9 WO 2011080584A9 IB 2010003391 W IB2010003391 W IB 2010003391W WO 2011080584 A9 WO2011080584 A9 WO 2011080584A9
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    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the present invention relates to an ecological propulsion device, to obtain an optimal thrust with high accuracy and independent of the external environment.
  • the thruster comprises in fact according to a first characteristic, a reaction turbine of the Francis type, but with certain design and operating features.
  • This turbine is coupled axially to a radial pump straight downstream, and upstream to a variable speed electric motor.
  • the Turbine Pump block forms a closed circuit controlled by this variable speed motor which is used to start and compensate for the loss of energy from hydraulic and mechanical sources.
  • C2t W2t 2 and not negligible. Therefore, there is still workable energy after the passage of fluid in the wheel.
  • the modulus, the direction of the absolute speed, Cit, as well as the relative pressure, Pit at the entrance of the wheel, are calculated so as, on the one hand, to ensure a given flow with a corresponding speed of rotation, and on the other hand, to overcome the centrifugal force imposed by the rotation of the fluid.
  • Cit angle a remains fixed and is about 45 ° regardless of the flow rate
  • the shape of the channel (ceiling and belt) is identical to that of the Francis Turbine, except that the radius at the entrance is the same as that of the exit. It is determined by the method proposed by Mr. Bovet, professor at the Polytechnic School of the University of Lausanne, from the velocity figure (see bibliography).
  • the dawn will stick to that of the Pump, thus forming a united piece for the continuity of the flow of the fluid.
  • the bottom of the Turbine is equipped with fins to keep the fluid away from the shaft by centrifugation.
  • the outer radius R of the pump is about twice that of the Turbine.
  • the wing of the pump is a L-shaped plate widened radially right, extension of the dawn of the Turbine.
  • the fins are held and reinforced by two profiled rings spaced apart, forming cells that guide the flow of fluid. To better convey the fluid, these cells follow the limits of the current lines.
  • On the output side of the Turbine its configuration is an exponentially curved cone frustum, and on the opposite side, it is a right cone frustum whose generator is tangent to the current lines that we will see later in the study. mathematical flow.
  • a free space (without centrifuged fluid) which has the shape of a paraboloid trunk surmounting the base of a cone just at the entrance of the Pump.
  • This free space its shape and volume play a vital role in the design and operation of the thruster that we will see later.
  • the hub radius must not be less than 37% of that of the Turbine.
  • the fluid having acquired its maximum energy passes axially in a stationary tarpaulin.
  • the output of the pump limited by the outer diameter of this spacer, forms a ring whose thickness determines the flow rate of the flow. In operation, there is therefore energy exchange between the Turbine and the pump.
  • the bottom of the pump in the free space has two cooling orifices whose opening is controlled by two solenoid valves.
  • the cooling circuit only works if the Turbine Pump unit overheats. While in the zone where the centrifuged fluid prevails, an orifice is provided for taking the static pressure of the centrifuged fluid at a given point, and the volume of the free space will be deduced in order to regulate it by adding or removing the necessary volume of the centrifuged fluid.
  • the width of the centrifugal fluid crown determines the relative pressure, Pit at the Turbine inlet.
  • tandem thrust bearings are mounted with sealed bearings to support thrust generated by the thruster.
  • the entire block Turbine Pump tarpaulin is enveloped by a cylindrical structure that forms a closed enclosure, allowing to pass through the common shaft coupled to a drive motor.
  • the materials used in the manufacture of the hydraulic turbomachine and its technique are perfectly suitable for producing the thruster.
  • the frequency modulation variable speed drive motor allows starting, maintaining rotation during the exchange of energy between the pump and the turbine, and thrust control with great precision.
  • the friction forces can be reduced by covering the contact surfaces with the flow of the fluid, a layer of PTFE (Teflon), and using as a centrifuged fluid, carbon tetrachloride (CCI * ) instead of water, since it is denser and has a substantially equivalent dynamic viscosity, since the thrust is proportional to the density of the centrifuged fluid.
  • a layer of PTFE Teflon
  • CCI * carbon tetrachloride
  • variable speed drive motor with frequency modulation allows the control of thrust at will with great precision.
  • the thruster can be used anywhere in the space to produce mechanical energy, and therefore energy in general, and in particular to equip the flying machines, even these at vertical take-off.
  • the propellant whose radius of the Turbine, r - 10 cm, rotating at 3000 rpm, and using water as a centrifuged fluid, generates a thrust (P of about 1S50 kg.) This thrust is sufficient to take off vertically a flying machine of more than one ton.
  • - Figure 1 shows a section along the central axis of rotation of the propellant.
  • FIG. 3 shows a variant of the blade of the Turbine (1 ") in perspective.
  • the device comprises a special turbine of the Francis type (1) whose wheel () deflects the velocity vectors at the inlet, Cu (FIGS) orthogonal to the axis of rotation, 90 ° and radially straight at the exit with an axial and minimum relative speed, W2t equal to the circumferential speed, rx ⁇ (r being the radius of the Turbine, ⁇ the angular velocity).
  • W2t the circumferential speed
  • rx ⁇ r being the radius of the Turbine, ⁇ the angular velocity
  • MADQ MNBCPQ, being the net free space
  • the fins (2 ') are held and reinforced by two spaced profiled rings (3') forming cells (3) which guide the flow of the fluid. To better convey the fluid, these cells (3) follow the limits of the current lines Yi (Fig.4) which are fixed, regardless of the speed of rotation.
  • the relative speed at the outlet of the pump, W 2p is also axial and equal to the circumferential speed, R x ⁇ (where R is the radius of the pump).
  • the fluid will then be directed to the Turbine inlet via the distributors (12) in FIG. S, contained in the tarpaulin (4).
  • the Turbine (1) will be energized to operate the Pump and the cycle starts again in the closed circuit Turbine Pump. There is therefore exchange of energy between the Turbine and the Pump.
  • the Turbine pump unit is secured to a common drive shaft (7) mounted at the ends on tandem axial stops with sealed bearings (6) to support thrust generated by the thruster.
  • the Turbine pump tarpaulin assembly is contained in a closed enclosure wrapped by a cylindrical structure (11) passing the drive shaft coupled to a motor (10). Starting is provided by this variable speed and frequency modulation engine (10), which controls thrust of the thruster with great accuracy.
  • the shape of the Turbine channel (ceiling and belt) is the same as that of the Francis Turbine, except that the radius at the entrance is the same as that at the exit.
  • the shape of the blade of the wheel () in FIG. 2 is that of a half-spoon curved so that the velocity vectors relative to the output, W 2t are axially right as we have already specified above.
  • another variant of vane approaching that of the Francis Turbine is a trapezoidal plate (1 ") in Fig. 3, twisted and curved so as to provide the same righting function.
  • the bottom of the Turbine is equipped with sealing fins (S) in order to centrifuge away the fluid from the shaft, which allows better sealing of the latter with the external environment.
  • the fin of the pump (2 '), following the wheel (), has the shape of a widened L
  • the bottom of the pump comprises two orifices communicating with the cooling circuit (9) in the zone of the free space, the opening of which is controlled by two solenoid valves which function only in case of overheating of the closed circuit Turbine Pump.
  • the width of the centrifuged fluid crown (L) determines the relative pressure, at the Turbine inlet, This parameter is regulated through the third port (8) by removing or adding the centrifuged fluid from the centrifuge.
  • the flow rate depends on the outlet width (E) of the pump
  • the mass flow rate q (2/3) ⁇ (r 3 - r 0 3 ) can be calculated, r 0 being the radius of the hub of the Turbine, and p , the density of the centrifuged fluid. Now let's look at the propeller thrust. For reasons of symmetry, the forces exerted by the fluid moving on the walls outside the axial zone of the free space, cancel each other out.
  • the contact surfaces with the flow of the fluid will be covered with a layer of PTFE (teflon) in order to reduce the friction, while using, as centrifuged fluid, carbon tetrachloride (CCU) instead of water, since CCI 4 is denser and has a slightly equivalent dynamic viscosity.
  • PTFE teflon
  • CCU carbon tetrachloride
  • the propellant is intended to produce mechanical energy, therefore energy in general without emission of C0 2 , nor of radioactive waste, and in particular to propel the flying machines, and these even at vertical takeoff everywhere in the world. space while preserving the environment and ensuring sustainable development in the field of energy.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de propulsion écologique, permettant d'obtenir une poussée optimale et indépendante du milieu extérieur. Il est constitué d'une Turbine spéciale du Type Francis (1) d'où, le fluide est éjecté axialement à la sortie de l'aube (1'), avec une vitesse relative, W2t et est recueilli dans un certain espace libre d'une Pompe radiale droite (2). Sous l'action de la force centrifuge, la limite des lignes de courant forme une barrière virtuelle fixe, Yt empêchant ainsi le fluide centrifugé d'atteindre le fond de la Pompe dans la zone de l'espace libre, MNBCPQ; ce qui élimine la force antagoniste exercée sur cette zone. Il en résulte que la force de propulsion exercée par le fluide sur la Turbine reste intacte. A la sortie de la Pompe, le fluide est réinjecté axialement avec une vitesse relative, W2p dans une bâche (4) pour réalimenter la Turbine. Il y a donc échange d'énergie entre la Pompe et la Turbine qui forment un circuit fermé, l'ensemble étant entraîné par un moteur (10). On démontre que la force de propulsion P = (1/2) pπω2 r4; p étant la masse volumique du fluide centrifugé en Kg/m3; ω, la vitesse angulaire de la Turbine en rad/s; r, son rayon en mètre et P en Newtons. Le calcul montre que la poussée produite est très importante; ledit propulseur peut servir à produire de l'énergie mécanique partout dans l'espace, et en particulier à propulser les engins volants plus performants.

Description

PROPULSEUR A HAUTE PERFORMANCE, INDEPENDANT DU MILIEU EXTERIEUR La présente invention concerne un dispositif de propulsion écologique, permettant d'obtenir une poussée optimale avec grande précision et indépendante du milieu extérieur.
Au 18*™° siècle, l'homme produisait de l'énergie mécanique en séparant les molécules d'eau ( vaporisation par chauffage ). C'est l'origine de la machine à vapeur ou le moteur à combustion externe. Puis à la fin du 19*™ siècle, apparaissait le moteur à combustion interne ou le moteur à explosion. Cette fois-ci, au lieu de séparer les molécules, on les casse carrément (les combustibles) par oxydation ( combustion ) pour produire de l'énergie mécanique. Notons que dans la machine à vapeur, on casse également les molécules de combustible (charbon) pendant la combustion pour chauffer et faire vaporiser (séparer) les molécules d'eau.
Une rupture technologique survint au milieu du 20έπ>° siècle qui change complètement le destin de l'humanité : au lieu de casser les molécules, on casse les atomes ou exactement les noyaux de l'élément fîssible (Uranium 235 ) libérant une quantité gigantesque d'énergie. C'est la fission nucléaire.
Malheureusement, tous ces modes de production d'énergie s'accompagnent inévitablement de CC½, le fameux gaz à effet de serre, ou de déchets radioactifs, néfastes à notre environnement, et qui compromettent sérieusement le Développement Durable. Or le Développement Durable nécessite le développement énergétique.
Pour faire face à ce dilemme et sortir de ce cercle vicieux, il existe une solution: sans casser la matière ( les molécules de combustible ou les éléments fissibles ), on crée l'asymétrie à partir de la symétrie de la nature, c'est-à-dire casser sa symétrie ; ce qui ne change ni la nature, ni l'état de la matière. On exploite ce principe de l'asymétrie pour créer la force de propulsion dans un système mécanique générant des forces symétriques ( action et réaction ). L'invention consiste donc à concevoir un système mécanique fonctionnant conformément à ce principe que nous allons découvrir dans les pages suivantes.
Le propulseur comporte en effet selon une première caractéristique, une Turbine à réaction du type Francis mais avec certaines particularités de conception et de fonctionnement Cette Turbine est accouplée axialement à une Pompe radiale droite en aval, et en amont à un moteur électrique à vitesse variable. Le bloc Turbine Pompe forme un circuit fermé, commandé par ce moteur à vitesse variable qui sert à démarrer et à compenser la perte d'énergie d'origine hydraulique et mécanique.
Contrairement à la Turbine Francis, la Turbine du propulseur, pièce maîtresse du système, alimentée par une Pompe radiale droite, restitue à la sortie de la roue, le fluide avec une vitesse relative axiale et minimale, W2t égale à la vitesse circonférentielle, r x ω ( r = rayon de la Turbine, ω = vitesse angulaire en radians/seconde ), donc avec une vitesse absolue non axiale. C2t = W2t 2 et non négligeable. Par conséquent, il reste encore de l'énergie exploitable après le passage du fluide dans la roue. Le module, la direction de la vitesse absolue, Cit, ainsi que la pression relative, Pit à l'entrée de la roue, sont calculés de manière d'une part, à assurer un débit donné avec une vitesse de rotation correspondante, et d'autre part, à vaincre la force centrifuge imposée par la rotation du fluide. L'angle a de Cit reste fixe et vaut environ 45°, quel que soit le débit
Cependant, la forme du canal ( plafond et ceinture ) est identique à celle de la Turbine Francis, sauf que le rayon à l'entrée est le même que celui de sortie. Elle est déterminée par la méthode proposée par Monsieur Bovet, professeur à l'école Polytechnique de l'Université de Lausanne, à partir du chiffre de vitesse ( Voir bibliographie ).
L'aube de la Turbine ayant la forme d'une demi-cuiller et épousant le profil du canal, s'incurve de manière à redresser les vecteurs vitesses à l'entrée, Cit orthogonaux à l'axe de rotation, de 90° et radialement droit à la sortie. Donc, à la sortie, ces vecteurs vitesses sont parallèles à l'axe de la Turbine. L'ensemble est entouré par une gaine cylindrique formant la paroi extérieure de la ceinture. Selon les conditions de l'écoulement, une autre variante d'aubage se rapprochant de celui de la Turbine Francis, est une plaque trapézoïdale , torsadée et incurvée de manière à assurer la même fonction de redressement que précédemment. Le nombre d'aubes est fonction de la vitesse spécifique, et est compris entre onze et dix-sept. A la sortie de la Turbine, l'aube va s'accoler à celui de la Pompe, formant ainsi une pièce unie pour la continuité de l'écoulement du fluide. Enfin pour mieux assurer Pétanchéité de l'arbre avec le milieu extérieur, le fond de la Turbine est équipé d'ailettes afin de maintenir le fluide éloigné de l'arbre par centrifugation.
La Pompe radiale droite actionnée par la Turbine, récupère le fluide à la sortie de cette dernière avec une vitesse relative, Wip = W2t . La vitesse relative à la sortie de la Pompe est également axiale, de module W2p = R x ω ( R = rayon extérieur de la Pompe ). Le rayon extérieur R de la Pompe vaut environ le double de celui de la Turbine. L'ailette de la Pompe est une plaque en forme de L élargi radialement droit, prolongement de l'aube de la Turbine. Les ailettes sont maintenues et renforcées par deux couronnes profilées, espacées, formant des alvéoles qui guident l'écoulement du fluide. Pour mieux véhiculer le fluide, ces alvéoles épousent les limites des lignes de courant. Du côté de sortie de la Turbine, sa configuration est un tronc de cône à courbure exponentielle, et du côté opposé, c'est un tronc de cône droit dont la génératrice est tangente aux lignes de courant que nous verrons plus tard dans l'étude mathématique de l'écoulement.
Entre le moyeu et le fluide centrifugé, est prévu un espace libre ( sans fluide centrifugé ) qui a la forme d'un tronc de paraboloïde surmontant la base d'un cône juste à l'entrée de la Pompe. Cet espace libre, sa forme et son volume jouent un rôle capital dans la conception et le fonctionnement du propulseur que nous allons voir par la suite. Pour éviter le chevauchement entre les filets de courant à l'entrée de la Pompe, le rayon du moyeu ne doit pas être inférieur à 37% de celui de la Turbine. A la sortie de la Pompe, le fluide ayant acquis son énergie maximale, passe axialement dans une bâche immobile. Une entretoise faisant partie de la bâche, à l'aisselle entre la Pompe et la Turbine, sert de guide de l'écoulement du fluide vers l'entrée de cette dernière afin de la réalimenter. La sortie de la Pompe limitée par le diamètre extérieur de cette entretoise, forme une couronne dont l'épaisseur détermine le débit de l'écoulement. En fonctionnement, il y a donc échange d'énergie entre la Turbine et la Pompe.
Le fond de la Pompe dans l'espace libre, présente deux orifices de refroidissement dont l'ouverture est commandée par deux électrovannes. Le circuit de refroidissement fonctionne uniquement en cas de surchauffe du bloc Turbine Pompe. Tandis que dans la zone où règne le fluide centrifugé, un orifice est prévu pour la prise de pression statique du fluide centrifugé en un point donné, et on en déduira le volume de l'espace libre afin de le réguler en ajoutant ou en prélevant le volume nécessaire du fluide centrifugé. La largeur de la couronne du fluide centrifugé détermine la pression relative, Pit à l'entrée de la Turbine.
Comme les vitesses sont uniformément réparties sur des cercles concentriques à la sortie de la Pompe, le fluide sera canalisé dans une bâche circulaire et non spirale comme le cas de la Turbine Francis. Nous avons déjà vu que la vitesse relative axiale à la sortie de la Pompe, W2p = R x co, il en résulte que sa vitesse absolue, dp = V2.W2p, dévie de 45° par rapport à la direction de l'axe, et dans le sens de rotation. La bâche ayant la forme d'une cuvette à fond plat, constitue avec l'entretoise , un canal qui dirige le fluide vers la Turbine par l'intermédiaire des distributeurs. Le profil du distributeur est celui d'une goutte allongée de moindre résistance hydrodynamique. Nous rappelons que la ligne moyenne du distributeur forme un angle a de Ci, d'environ 45° à l'entrée de la Turbine. Afin de réduire les vibrations, le nombre d'ailettes distributrices ne doit pas être multiple du nombre d'aubes de la Turbine.
Aux extrémités de l'arbre commun du bloc Turbine Pompe, sont montées des butées axiales en tandem avec des roulements étanches pour supporter la poussée générée par le propulseur. L'ensemble du bloc Turbine Pompe bâche est enveloppé par une structure cylindrique qui forme une enceinte close , laissant traverser l'arbre commun accouplé à un moteur d'entraînement.
Les matériaux utilisés dans la fabrication de la turbomachine hydraulique et sa technique conviennent parfaitement dans la réalisation du propulseur. Enfin le moteur d'entraînement à vitesse variable à modulation de fréquence, permet le démarrage, le maintien de rotation lors de l'échange d'énergie entre la Pompe et la Turbine, et la commande de la poussée avec grande précision.
En ce qui concerne le fonctionnement, revenons à notre Turbine. Après avoir cédé son énergie dans la roue jusqu'à* là sortie, c'est-à-dire à l'entrée immédiate de la Pompe dans l'espace libre, le fluide garde sa vitesse relative axiale, minimale proportionnelle au rayon ( Wa = r x ω ). Considérons un repère XOY lié à la Turbine, OX étant porté par l'axe de rotation et QY par sa base de sortie qui représente le rayon, r de la Turbine.
On a W2t = rx ffl = Y x ω = Wip
A l'entrée de la Pompe, l'élément de masse dm du fluide est soumis à la force centrifuge f= dm rcû2 = dm x Y. a»2 ; Or f = dmxy = dm x Y"(t) ; donc Y"(t) « Y(t) x œ2 En intégrant cette équation différentielle, on obtient :
Y = Yo exp ert (1)
Sur l'axe OX, on a X = Wipxt = Yox oot ou X/Yo= art
En remplaçant art par X/Yo dans (1), on obtient: Y = Yo .exp X/Yo
Ces. lignes de courant sont donc indépendantes de ω et ne dépendent que de Yo. On démontre qu'elles sont tangentes à la droite Yt = e.X ( e = 2,7182.. ) qui est fixe. Autrement dit, quelle que soit sa vitesse, le fluide éjecté de la Turbine ne passera pas à travers la droite Yt = e.X, mais il est détourné à l'extérieur de l'espace libre. Cet espace libre est limité par un volume de révolution, déterminé par cette tangente et un tronçon de parabole d'équation X = ( r2 x co2 )/2g, g étant l'accélération de la pesanteur. C'est donc bien un tronçon de paraboloïde surmontant la base d'un cône que nous avons déjà évoqué plus haut. Son volume est donc bien déterminé. C'est bien dans la zone de cet espace libre où se crée le déséquilibre ( asymétrie ) des forces exercées par le fluide en mouvement Par conséquent, le fluide éjecté n'atteindra pas le fond de la Pompe dans la zone de l'espace libre. Tout se passe comme si ce fond était rejeté à l'infini. Le bloc Turbine Pompe doit donc être partiellement rempli de fluide centrifugé.
Voyons maintenant, la poussée générée par le propulseur. Pour des raisons de symétrie, les forces exercées par le fluide en mouvement sur les parois en dehors de la zone axiale de l'espace libre s'annulent. Seule subsiste la poussée exercée sur la Turbine dans la zone axiale opposée à l'espace libre' Calculons d'abord le débit volumique maximal Q ( avec le rayon du moyeu r0 - 0 et en négligeant la section de l'aubage par rapport à celle de la Turbine ).
Nous savons qu'à la sortie, on a une distribution linéaire des vitesses : V = r x ω.
dQ = V.ds avec ds = 2ftr.dr On a donc = Jo V.ds = J( o τω.ΐπτ.άτ = (2/3 ^tœr3
Et le débit massique q = p x Q =? (2/3)ρπωτ3, p étant la masse volumique du fluide. D'après le principe de la quantité de mouvement, en s'éjectant de la Turbine, le fluide exerce sur cette dernière une poussée dynamique £P telle que :
9 V.p dQ = p J o ^ co^îrr.dr = (½) ρπω2
On peut dire que l'espace libre régnant dans la Pompe, crée P asymétrie «source de cette poussée SP sur la Turbine close en rotation, car si le bloc Turbine Pompe était complètement rempli de fluide centrifugé, toutes les forces exercées par le fluide en mouvement seraient symétriques et s'annuleraient. Par conséquent, cet espace libre à volume fini, cassant la symétrie de la nature, joue un rôle primordial dans ce système de propulsion que nous avons précisé plus haut En plus de sa capacité propulsive importante [(½) ρπω2 r4 ], ce propulseur indépendant du milieu extérieur et respectueux de l'environnement, assure une sécurité optimale, pour les vies humaines qui n'ont pas de prix, grâce à sa flexibilité et sa maniabilité.
Pour améliorer la performance du propulseur, on peut diminuer les forces de frottement en recouvrant les surfaces de contact avec l'écoulement du fluide, d'une couche de PTFE (téflon), et utiliser comme fluide centrifugé, le tétrachlorure de carbone ( CCI* ) à la place de l'eau, puisqu'il est plus dense et doté d'une viscosité dynamique pratiquement équivalente, étant donné que la poussée est proportionnelle à là masse volumique du fluide centrifugé. Remarquons que la présence du moyeu de rayon r0 ( non nul ) - 37% de r, rayon de la Turbine prévu précédemment, ne change pratiquement pas l'intensité de la poussée £P, car [(½) ρπ2 (37%. r)4] est négligeable devant [(½) ρπω2 r4]. Enfin le moteur d'entraînement à vitesse variable à modulation de fréquence permet la commande de poussée à volonté avec grande précision. On peut utiliser le propulseur partout dans l'espace pour produire de l'énergie mécanique , donc de l'énergie en général, et en particulier pour équiper les engins volants, ceux-ci même à décollage vertical. A titre d'exemple, le propulseur dont le rayon de la Turbine, r - 10 cm, tournant à 3000 t mn, et utilisant l'eau comme fluide centrifugé, génère une poussée (P d'environ 1S50 kg. Cette poussée est suffisante pour faire décoller verticalement un engin volant de plus d'une tonne. - La figure 1 représente une coupe selon l'axe central de rotation du propulseur.
- La figure 2 représente l'aube de la Turbine (1 ') en perspective.
- La figure 3 représente une variante de l'aube de la Turbine (1") en perspective.
- La figure 4 représente les lignes de courant ( 13 ) à l'entrée de la pompe.
- La figure S représente lès distributeurs ( 12 ) vus par-dessus.
En référence à ces dessins, le dispositif comporte une Turbine spéciale du type Francis (1) dont l'aube de la roue ( ) redresse les vecteurs vitesses à l'entrée, Cu (Fig. S) orthogonaux à l'axe de rotation, de 90° et radialement droit à la sortie avec une vitesse relative axiale et minimale, W2t égale à la vitesse circonférentielle, r x ω ( r étant le rayon de la Turbine, ω la vitesse angulaire ). A la sortie, le fluide est recueilli dans un espace libre, MADQ ( MNBCPQ, étant l'espace libre net ) par une Pompe radiale droite (2) dont l'ailette (2') forme une pièce unie avec l'aube de la Turbine (1 ') pour la continuité de l'écoulement
Les ailettes (2') sont maintenues et renforcées par deux couronnes profilées (3') espacées formant des alvéoles (3) qui guident l'écoulement du fluide. Pour mieux véhiculer le fluide, ces alvéoles (3) épousent les limites des lignes de courant Yi (Fig.4) qui sont fixes, quelle que soit la vitesse de rotation. La vitesse relative à la sortie de la Pompe, W2p est également axiale et égale à la vitesse circonférentielle, R x ω ( R étant le rayon de la Pompe ). Le fluide sera dirigé ensuite vers l'entrée de la Turbine par l'intermédiaire des distributeurs (12) dans la Fig. S, contenus dans la bâche (4). La Turbine (1) sera ainsi alimentée pour actionner la Pompe et le cycle recommence dans le circuit fermé Turbine Pompe. Il y a donc échange d'énergie entre la Turbine et la Pompe.
Le bloc Turbine Pompe est solidaire, à un arbre d'entraînement commun (7) monté aux extrémités sur des butées axiales en tandem avec des roulements é tanches (6) pour supporter la poussée générée par le propulseur. L'ensemble Turbine Pompe bâche est contenu dans une enceinte close enveloppée par une structure cylindrique (11) laissant passer l'arbre d'entraînement accouplé à un moteur (10). Le démarrage est assuré par ce moteur (10) à vitesse variable et à modulation de fréquence, qui commande la poussée du propulseur avec grande précision.
La forme du canal de la Turbine ( plafond et ceinture ) est la même que celle de la Turbine Francis, sauf que le rayon à l'entrée est le même que celui de sortie. La forme de l'aube de la roue ( ) dans la Fig. 2 est celle d'une demi-cuiller incurvée de manière à ce que les vecteurs vitesses relatives à la sortie ,W2t soient axialement droit comme nous avons déjà précisé plus haut. Selon les conditions de l'écoulement, une autre variante d'aubage se rapprochant de celui de la Turbine Francis, est une plaque trapézoïdale (1") dans la Fig. 3, torsadée et incurvée de manière à assurer la même fonction de redressement. Le fond de la Turbine est équipé d'ailettes d'étanchéité (S) afin d'éloigner par centrifugation, le fluide de l'arbre, ce qui permet de mieux assurer l'étanchéité de ce dernier avec le milieu extérieur.
L'ailette de la Pompe (2'), faisant suite de la roue ( ), a la forme d'un L élargi
S radialement droit afin de respecter les conditions de l'écoulement imposées ci-dessus. Le fond de la Pompe comporte deux orifices communiquant au circuit de refroidissement (9) dans la zone de l'espace libre, dont l'ouverture est commandée par deux électrovannes qui fonctionnent uniquement en cas de surchauffe du circuit fermé Turbine Pompe. La largeur de la couronne du fluide centrifugé (L) détermine la pression relative," Pu à l'entrée de la Turbine. Ce paramètre est 10 [régulé à travers le troisième orifice (8) en prélevant ou en ajoutant le fluide centrifugé d'après la mesure de la pression statique par un manomètre, effectuée à ce niveau. Le débit dépend de la largeur de sortie (E) de la Pompe. La bâche (4) garnie d'une entretoise (4'), ayant la forme d'une cuvette à fond plat, est compartimentée par des distributeurs (12) dont la ligne médiane forme un angle a de Ctt d'environ 45° (Fig. S). Le profil du distributeur est celui d'une goutte allongée de 1S moindre résistance hydrodynamique.
En ce qui concerne le fonctionnement, on sait que l'énergie massique du fluide est maximale à l'entrée de la Turbine, et minimale à la sortie. Après avoir cédé son énergie dans l'aube de la roue ( ) de la Turbine, le fluide est recueilli dans l'espace libre MADQ de la Pompe avec une vitesse relative axiale et minimale W2. = r x ω = Wip, vitesse relative à l'entrée0 de la Pompe; alors, il est soumis à l'accélération centrifuge, r x ω2 . En rapportant à un repère XOY lié à la turbine (Fig 4), OX étant porté par l'axe de la Turbine, et OY par sa base, qui représente le rayon, on démontre que l'équation des lignes de courant est de la forme Y - Yo.exp X/Yo, indépendante de ω, et que ces lignes de courant sont tangentes à la droite Yt = e.X ( e = 2,7182..) qui est fixe. Cette tangente joue en quelque sorte, le rôle de barrière virtuelle5 empêchant le fluide centrifugé, éjecté de la Turbine, d'atteindre le fond de la Pompe dans la zone de l'espace libre; ce qui crée le déséquilibre des forces exercées par le fluide en mouvement. Par ailleurs, elle permet de diriger le fluide vers la sortie de la Pompe afin de réalimenter la Turbine, formant ainsi le circuit fermé.
Connaissant la distribution dès vitesses relatives axiales à la sortie de la Turbine, on0 pourra calculer le débit massique q = (2/3) ρπω (r3 - r0 3 ), r0 étant le rayon du moyeu de la Turbine, et p, la masse volumique du fluide centrifugé. Etudions maintenant la poussée du propulseur. Pour des raisons de symétrie, les forces exercées par le fluide en mouvement sur les parois en dehors de la zone axiale de l'espace libre, s'annulent. En s'éjectant de la Turbine, d'après le principe de la quantité de mouvement, on démontre que le fluide exerce une poussée dynamique £P = (½) ρπω2 r4 ( en négligeant r0> le rayon du moyeu de la Turbine, et la section de l'aubage par rapport à celle de la Turbine ). Au cas où le rayon du moyeu de la Turbine, r0= 37% de r, rayon de la Turbiné citée précédemment, le calcul montre que la nouvelle poussée £P ' =
98% de έΡ . Enfin pour améliorer la performance du propulseur, les surfaces de contact avec l'écoulement du fluide seront recouvertes d'une couche de PTFE (téflon) afin de diminuer le frottement, tout en utilisant, comme fluide centrifugé, le tétrachlorure de carbone ( CCU ) à la place de l'eau, puisque le CCI4 est plus dense et doté d'une viscosité dynamique légèrement équivalente.
Le propulseur est destiné à produire de l'énergie mécanique, donc de l'énergie en général sans émission de C02, ni de déchets radioactifs, et en particulier pour propulser les engins volants, et ceux-ci même à décollage vertical partout dans l'espace tout en préservant l'environnement et assurant le Développement Durable dans le domaine de l'énergie.

Claims

REVENDICATIONS
1) Propulseur écologique caractérisé en ce qu'il comporte une Turbine spéciale du type Francis (1) d'où , le fluide est éjecté axialement à la sortie de l'aube (F) avec une vitesse relative, W2t, et est recueilli dans un espace libre (sans fluide centrifugé) d'une Pompe radiale droite (2) pour réinjecter axialement avec une vitesse relative, W2p dans une bâche (4) immobile afin de réalimenter la Turbine (1) par l'intermédiaire des distributeurs (12) avec une vitesse absolue C]t à la pression Pu, formant ainsi le circuit fermé dans une enceinte close, le bloc Turbine Pompe étant actionné par un moteur (10), accouplé à un arbre commun (7).
2) Propulseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la vitesse relative axiale, W2t (ou Wip, vitesse relative à l'entrée de la Pompe) est égale à la vitesse circonférentielle, r x ω, et il en est de même de la vitesse relative axiale à la sortie de la Pompe, W2p.
3) Propulseur selon la revendication 1 et 2 caractérisé en ce que la vitesse absolue, Cn à l'entrée de la Turbine avec une pression, Pu, assure, d'une part un débit donné et d'autre part à vaincre la force centrifuge imposée par la rotation correspondante du fluide.
4) Propulseur selon la revendication 3 caractérisé en ce que le rayon du moyeu à la sortie de la Turbine, r0 est égal ou supérieur à 37% du rayon de sortie de la Turbine , r ; ceci afin d'éviter le chevauchement entre les filets de courant dans la zone de l'espace libre de la Pompe.
5) Propulseur selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'aube de la Turbine (Γ) pourrait avoirla forme (1 ") suivant les conditions de l'écoulement du fluide.
6) Propulseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le fond de la Turbine est muni d'ailettes d'étanchéité (5) afin d'éloigner le fluide centrifugé de l'arbre commun (7) communiquant vers l'extérieur.
7) Propulseur selon la revendication 1 et 6 caractérisé en ce que le fond de la Pompe comporte un orifice (8) pour la prise de pression statique du fluide centrifugé, et de la réguler si nécessaire.
8) Propulseur selon la revendication 7 caractérisé en ce que le fond de la Pompe dans la zone de l'espace libre, comporte deux orifices dont l'ouverture est commandée par deux électrovannes qui communiquent avec le circuit de refroidissement (9) vers l'extérieur.
9) Propulseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que lès surfaces de contact avec l'écoulement du fluide sont recouvertes d'une couche de PTFE (téflon) afin de diminuer le frottement
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