WO2016092206A1 - Dispositif avec helice a entrainement circonferentiel et ensemble statique, avec des pales auto-ajustables place en aval - Google Patents

Dispositif avec helice a entrainement circonferentiel et ensemble statique, avec des pales auto-ajustables place en aval Download PDF

Info

Publication number
WO2016092206A1
WO2016092206A1 PCT/FR2015/053380 FR2015053380W WO2016092206A1 WO 2016092206 A1 WO2016092206 A1 WO 2016092206A1 FR 2015053380 W FR2015053380 W FR 2015053380W WO 2016092206 A1 WO2016092206 A1 WO 2016092206A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blade
blades
propulsion
annular support
axis
Prior art date
Application number
PCT/FR2015/053380
Other languages
English (en)
Inventor
Rémi CHAMPEAUX
Original Assignee
Hy-Generation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hy-Generation filed Critical Hy-Generation
Priority to EP15823617.4A priority Critical patent/EP3259182A1/fr
Publication of WO2016092206A1 publication Critical patent/WO2016092206A1/fr

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B63H1/12—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially in propulsive direction
    • B63H1/14—Propellers
    • B63H1/16—Propellers having a shrouding ring attached to blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H3/00—Propeller-blade pitch changing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/061—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially in flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12—Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/14—Rotors having adjustable blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B63H1/12—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially in propulsive direction
    • B63H1/14—Propellers
    • B63H1/16—Propellers having a shrouding ring attached to blades
    • B63H2001/165—Hubless propellers, e.g. peripherally driven shrouds with blades projecting from the shrouds' inside surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H2023/005—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements using a drive acting on the periphery of a rotating propulsive element, e.g. on a dented circumferential ring on a propeller, or a propeller acting as rotor of an electric motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/33—Shrouds which are part of or which are rotating with the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05B2260/74—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades by turning around an axis perpendicular the rotor centre line
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to the field of propulsion and energy generation by propeller devices in fluids.
  • the invention relates to a device for propulsion and / or energy generation with circumferential transmission by a helical propeller with self-adjusting blades.
  • propeller propulsion devices in which a central hub causes the rotation of blades. These blades are rotatably mounted at the periphery of this hub so as to self-adjust, especially depending on the main water flow through the propeller and the speed of rotation of the propeller.
  • Such devices therefore have a variable helix pitch which has the advantage of having an optimized pitch for a range of water flow velocities through the helix and a range of rotational speeds of the helix, and therefore improve the efficiency of the propeller on these operating ranges.
  • the fact that the blades self-adjust makes it possible to simplify the system.
  • An object of the invention is therefore to optimize self-adjustable blade propellers.
  • An object of the invention is a device for propulsion and / or energy generation with circumferential transmission by a propeller with self-adjusting blades. As will be explained below, this device gives good yields.
  • the propeller is rotatable and the blades are carried by a rotor.
  • the subject of the invention is a device for propulsion and / or energy generation comprising:
  • blades each comprising a first end forming a base and a second end forming an apex, these blades being mounted on the inner face of the annular support at their base via a hinge, the hinge being arranged in such a way that the blades can move freely under the effect of fluid flows around said blades, so that the blades are self ⁇ adjustable.
  • the provision of self-adjusting blades inside a ring substantially improves the efficiency of the device.
  • the fluid flows through this ring whether it is a rotor or a fixed ring downstream of a rotating propeller, causes the self-adjustment of the blades and therefore a better efficiency of these in the fluid, thus improving the operation of the propulsion device and / or energy generation.
  • the rotary propeller comprises:
  • annular support the latter forming an annular rotor mounted inside the stator and movable relative thereto,
  • the drive of the blades is circumferential since they rotate with the annular rotor, which turns on itself about its axis of rotation passing in the center of the ring that forms the rotor.
  • These blades being on the inner face of the rotor, it follows that the efficiency of this device is particularly effective compared to the propellers driven by a central means, because in a propeller, the areas near its outer edge, that is to say those having a plus large diameter, are the most effective. Indeed, at these areas are the maximum linear speeds of the water lines.
  • the device according to the invention comprises blades whose pitch can also be auto-add owing to the hydrodynamic or aerodynamic forces resulting from the fluid flows around said blades. The efficiency of the blade device, in particular driven in rotation, and its simplicity of realization are consequently improved.
  • the device is a propulsion device and further comprises a static assembly downstream and vis-à-vis the rotary propeller, the static assembly comprising the annular support and the or some of the blades, the annular support forming a fixed ring facing the rotating propeller, the rotating propeller and the static assembly being arranged in such a way that the blades mounted on the fixed ring are adapted to receive fluid flows driven by the rotation of the rotating propeller.
  • the annular support is here fixed, in the sense that it is not rotated.
  • This embodiment with static set self ⁇ adjustable blades may be applied to any type of rotating impeller, not only a rotating propeller self-adjusting blade according to the corresponding embodiments of the invention, but also more traditional propellers, such as propellers with central hub drive.
  • This type of embodiment according to the invention is then called "static embodiment”.
  • the self-adjusting properties of the blades according to the embodiments of the invention allow an improvement in the efficiency of the device according to the invention, that these self-adjusting blades are applied to a rotor of a rotating propeller or to a ring fixed of a static set.
  • the rotary propeller is a helix according to the helical embodiment and the static assembly is according to the static embodiment.
  • the blades of the rotary propeller may for example be arranged to be in opposite directions of the blades of the static assembly. This means that they are arranged so that when they are positioned on the upstream side of the annular support which carries them, the blades carried by the rotor and those carried by the fixed ring are in opposite directions. That is, in this case, the direction from the trailing edge to the leading edge for the blades carried by the rotor is opposite to the direction from the trailing edge to the leading edge of the blades. carried by the fixed ring.
  • the blades of the rotary propeller may for example have a profile which is the symmetrical planar blades of the static assembly.
  • each of the blades comprises a first end forming a base and a second end forming a vertex, the blades being pivotally mounted on the inner face of the annular support at their base via a pivot connection, the link pivot being arranged so that the blades are free to rotate about an axis of rotation. This is a way to achieve an articulation of the blades for self ⁇ adjustment.
  • the pivot connection comprises a rotation shaft rotatably mounted in a housing of the annular support.
  • the device for propulsion and / or energy generation may have blades whose base is offset with respect to its axis of rotation. Also, the blades can self-adjust more easily. According to exemplary embodiments, all the blades can be shifted in this way.
  • the blades may have different offsets, for example gradually increasing from one blade to another. In a simpler embodiment to achieve, the blades are all offset by their axis of rotation.
  • the ring arrangement offers more space for the arrangement of the blades mounted free to rotate, in particular relatively at the offset position of the blade relative to its axis of rotation. This improves the stability and efficiency of the self-adjusting blades.
  • the base of at least one blade is spaced from its axis of rotation and connected to this axis of rotation by a connecting element. This is an exemplary embodiment of the offset of the blade relative to its axis of rotation. This can be applied to several blades, or all blades.
  • each connecting element can extend over its length between two ends, the first end being fixed to the rotation shaft and the second end being fixed to the base of the blade. This makes it possible to generate a large offset of the blade relative to its axis of rotation, while decreasing the disturbance of the flows.
  • the rope and the joining element can form an angle less than 90 ° seen from the leading edge to the trailing edge of the blade.
  • each joining element may have a length at least twice its width and four times greater than its thickness.
  • This geometry has the advantage of limiting the wetted surface of the joining element and consequently the appearance of hydrodynamic disturbances in the case of strong blade offsets relative to their axis of rotation.
  • the hydrodynamic disturbances are all the stronger as the offset of the blades relative to their axis of rotation is large. With such ratios of length, width and thickness, it improves the performance of the achievements, including with a sharp offset of the blades relative to their axis of rotation.
  • the joining element is of curved shape, the local radius of curvature, i.e. the radius of curvature taken at any point on the inner surface of the joining element, being less than four times the inner radius of the annular support; and or
  • the connecting element is connected at the level of the axis of rotation, in particular to the rotation shaft, so as to be at a distance from the inner surface of the annular support.
  • This distance and the local radius of curvature, or this distance and the angle between the plane orthogonal to the axis of rotation of the blade and the tangent to the surface of the connecting element vis-à-vis the support annular, are chosen so as to allow the blade and its connecting element to pass under the annular support.
  • the connecting element is of curved shape, the local radius of curvature of its inner surface being less than the inner radius of the annular support.
  • the plane orthogonal to the axis of rotation of the blade and the tangent to the surface of the connecting element vis-à-vis the annular support form an angle greater than 10 °.
  • the connecting element is in sliding or rolling contact with the inner surface of the annular support, either directly or via a bearing or a mechanical bearing, in particular a ball bearing. This allows a simpler and more compact realization.
  • the connecting element comprises a spacer fixed on one side at the base of the corresponding blade, and on the other side to the shaft of this blade there.
  • the joining element is formed in one piece, in particular made of material, with the axis of rotation and / or the blade. This simplifies the realization of the device.
  • the joining element comprises a profile arranged so as to limit the turbulence at the junction element.
  • this profile is aerodynamic or hydrodynamic.
  • the joining element may be formed by a core, in particular steel, on which is molded a hull.
  • the hull comprises the profile arranged so as to limit the turbulence at the junction element.
  • the pivot connection of at least one blade comprises a rotation shaft housed in a through hole of the annular support.
  • the rotation shaft can be housed in the through-hole of the annular support so that the main forces generated by the blade, in particular the forces orthogonal to the axis of rotation, are taken up by two contacts, direct or indirect, between the rotation shaft and the annular support, these two contacts being located on either side of the through hole.
  • these two contacts, and therefore the resumption of efforts are at the inner surface of the annular support, namely that which is oriented towards the center of the annular support, and the outer surface of the annular support, namely that located opposite to the inner surface with respect to the thickness of the annular support.
  • each rotation shaft may comprise bearings or mechanical bearings, including ball bearings, placed on this inner surface and this outer surface, so as to resume the main forces generated by the blade.
  • the rotation shaft can be locked in translation on one side on the inner surface of the annular support and on the other side on the outer surface of the annular support.
  • a simple way to achieve this is to use for example a washer, a ring or a ring mounted (e) fixed in translation on the rotation shaft and in sliding contact on the outer surface of the annular support.
  • This ring may be a non-closed and elastic ring, known as a circlip.
  • a circlip or a ring in contact with the inner surface, but an even simpler method is to use the surface of the connecting element vis-à-vis the inner surface of the support annular, as a sliding surface against the inner surface of the annular support.
  • each of the blades comprises a first end forming a base and a second end forming an apex, the base being connected to sliding means, the annular support comprising guide means on its inner surface, each of blades being secured to the corresponding guide means by the sliding means connected to its base, the sliding means and the guide means being arranged so that the blades are free sliding along the corresponding guide means in a displacement such that the orientation of the blades varies.
  • junction element thus avoiding the hydrodynamic losses generated by the latter.
  • This embodiment is also more robust than embodiments with junction element, which is a structural part subjected to hydrodynamic stresses.
  • this embodiment has less risk of blockage of impurities, compared to embodiments with junction element, in which impurities, such as algae, can get stuck on and between the junction element and the inner surface of the support. annular.
  • the guide means may comprise at least one curved slide, along which at least one of the sliding means is slidable.
  • the curve of the slide will thus give the blade its orientation according to its position along the slide.
  • the blade can thus locally move around an axis, remote from the blade and the annular support.
  • the curve of the slide can be arranged so that the blade follows a circular path.
  • the movement of the blade is in this case a rotation about an axis of given rotation, the latter can then be a simply geometric axis.
  • the projection of the curve on a plane tangent to the annular support at the curve is circular.
  • the curvature of the curve of the slide can be variable. Its local curvature defines a radius of curvature and an axis of curvature, the latter being all the closer to the curve that the latter is tight.
  • the movement of the blade can then be complex. It can be locally assimilated to a rotation around the axis of curvature.
  • the latter is simply a geometric axis, namely that it is not materialized by a rotation shaft.
  • This axis of curvature is movable along a displacement along the curve. In other words, the shortest distance from this axis to the curve varies according to the considered location of the curve.
  • the slide may be projecting, for example a rail, or recessed, for example a groove or slot, from the inner face of the annular support.
  • the sliding means connected to the same blade comprise a first and a second slide arranged to slide along the same slide, the first slide and the second slide being respectively connected to a first end and to a second end of the base of the corresponding blade. This facilitates the realization of the connection of the blade to the slide.
  • the guide means of a blade comprise first and second slides
  • the sliding means connected to the same blade comprise a first and a second slide
  • the first slide being arranged to slide along of the first slide
  • the second slide being slidably arranged along the second slide
  • the first slide and the second slider being respectively connected to a first end and a second end of the base of the corresponding blade.
  • the slide or slides may be formed by an oblong hollow opening on the inner face of the annular support. This embodiment is simpler to accommodate sliding means.
  • This hollow may for example be in the form of a groove with a bottom, or be through, and then be in the form of a slot.
  • the sliders may be formed by rods connected on one side to the base of the corresponding blade and on the other to the corresponding slide.
  • the rod or rods can be housed in this slot so that the main forces generated by the blade are taken up by two contacts, direct or indirect, between said rods and the support annular, these two contacts being located on either side of the through slot and thus the annular support.
  • rollers are mounted free to rotate around these rods, the latter passing through the corresponding rollers, the rod or rods being arranged in the corresponding slot so that the corresponding rollers are housed in this slot .
  • Each rod can for example cross two consecutive rollers.
  • the device may further comprise stops arranged so that the blade angle at the base of at least one blade, or all of the blades, namely the angle between the rope of the blade at its base and the plane of the annular support, namely the plane orthogonal to the central axis of the annular support, is between -5 ° and 20 ° when the orientation of the blade is blocked by this stop, for example an angle of 6 °.
  • a positive value of the pale angle of a section orients this section so that it has a positive angle of attack against a purely tangential flow.
  • this tangential flow may be due to the propulsive rotation of the rotor, without flow of advance.
  • the central axis of the annular support is the axis passing through the center of the ring.
  • this central axis corresponds to the axis of rotation of the rotor.
  • this central axis corresponds approximately to the axis of symmetry of the overall shape of this ring.
  • stops in housings inside the annular support allows a high compactness of the system.
  • the rotation shaft of at least one blade, or all of the blades can also be connected to the annular support via an elastic means, in particular a spring.
  • the shaft of rotation of at least one blade, or even of all the blades can also be connected to the annular support via a rotary damper, in particular a rotational guide bearing at a surface of the annular support, in particular generating a friction force opposing the rotation of the rotation shaft.
  • each of the blades may have a total twist between 1 and 20 °, in particular about 10 °. Total twisting means the angle formed by the rope of the blade at its summit and the rope of the blade at its base, projected orthogonally in a plane having for normal the radial common to both ropes.
  • this plane may be a plane orthogonal to the axis of rotation of the blade.
  • this plane may be a plane orthogonal to the axis of curvature according to one of the positions of this axis, for example the axis of curvature of the curve of the slide at one of the ends of the slot.
  • the blades operate optimally at a single operating point for which the blades are twisted optimally.
  • operating point is meant operation at a given feed rate and at a given rotational speed of the helix, the given feedrate being characterized by the speed of the upstream main flow of the fluid.
  • the optimum blade angle formed by the rope of the blade and the plane of the annular support is indeed not the same along a blade near the center of the annular support.
  • the proposed solution namely an optimal twisting blades between 1 ° and 20 °, can limit these effects.
  • This embodiment of the invention is made possible by virtue of the circumferential arrangement of the drive, and in particular by the fact that the zones more effective blades are also less twisting areas, ie larger diameter areas.
  • the optimal twisting is all the stronger as one approaches the center of the helix, or the center of the fixed ring of the static set.
  • the distance between the central axis of the annular support and the apex of each blade is greater than or equal to 15% of the inner radius of the annular support, the inner radius of the annular support corresponding to the distance between its center and its inner surface. This limits the total twisting and its negative effects out of the operating point.
  • the blades are in a lighter material than steel. This reduces the consumption of the device, when it is a propellant, and increases its production when it is a generator.
  • the blade material may be a composite material comprising glass fibers and an epoxy resin, or alternatively comprising carbon fibers and an epoxy resin. It is possible to overmold this material around a metal core, especially stainless steel.
  • the spacer can also be made of stainless steel.
  • the top of the blades is free.
  • the blades are for example connected only to the annular support, in particular only by their base.
  • the device therefore has an empty central zone separating all the apices of the blades. Efficiency is further improved by limiting hydrodynamic disturbances. Especially in cases where the device lacks a central hub, this embodiment is facilitated. In these cases, this lack of central hub is all the more justified because the central hub is generally not useful from a hydrodynamic point of view.
  • At least one blade rotates about an axis, the blade being offset relative to this axis so that for at least one section of the blade according to its thickness, the smallest distance of the chord of this section at the intersection of this axis and the plane of this section is greater than half the size of the chord of this section.
  • the length of the blade is considered as the distance between its top and its base, the width as the rope, the distance between its leading edge and its trailing edge, and the thickness the other dimension, especially perpendicular to the width and the length. This offset allows self-adjusting blades more efficient. This embodiment can be applied to several blades, or all blades.
  • the section of a blade is considered by cutting at a given location, between its base and its summit, by a cutting plane minimizing the maximum thickness of the profile of the section. obtained and so that the rope is in a plane perpendicular to an axis from the bottom of the blade to the top thereof.
  • this axis corresponds to the axis of rotation of the blade.
  • this axis corresponds to the axis of curvature according to one of the positions of this axis, for example the axis of curvature of the curve of the slide at one end of the slot.
  • the ring arrangement whether the circumferential transmission for driving the rotating blades or the support ring of a static assembly, facilitates the achievements with a large offset of the blades relative to their rotation axis.
  • wick axis For each section of the blade between its base and its summit, one can define a maximum thickness and a wick point in the middle of this thickness.
  • the set of wicking points of these sections on the entire blade forms a curved or rectilinear axis and is called the wick axis.
  • the device is moved and / or recovered energy by a motor and / or electrical generator comprising the rotor and the electric stator.
  • FIG. 1 is a perspective view of a propulsion and / or energy generation device according to an exemplary embodiment of the helical embodiment according to the invention
  • Figure 2 is a perspective view of some elements of Figure 1;
  • FIG 3 is a perspective view of a blade and a connecting element of a propulsion device and / or energy generation according to the invention, in particular that illustrated in Figure 1;
  • FIG. 4 is a diagrammatic representation of the elements of FIG. 3 seen from above, with the forces and moments of force applied to it; - Figure 5 shows a section of an annular support front view;
  • FIG. 6a and 6b are schematic representations of the arrangement of a connecting element in the device according to the invention, according to two different embodiments;
  • FIG. 7 is an explanatory diagram for illustrating the theoretical optimal twist of the blades according to their arrangement in the device according to the invention.
  • FIG. 8 is a diagrammatic representation of the total twist of a blade according to the invention.
  • FIG. 9 is a detailed view of the FIG.
  • FIG. 10 is a detailed view of FIG. 9 according to one embodiment of the invention.
  • FIG 11 is an explanatory diagram of the effects of the embodiment illustrated in Figure 9;
  • FIG. 12 is a representation of a blade according to another embodiment of the invention.
  • Figure 13 is an explanatory and simplified diagram of the operation of the device according to an embodiment of the invention comprising blades articulated in rotation by a pivot connection;
  • FIG. 14 is a sectional view along a plane P passing through the line AA 'in Figure 1;
  • Figure 15 is a representation similar to that of Figure 4 to show the torque generated by the inertial forces applying to a rotating blade in the case of a helical embodiment
  • Figures 16 and 17 are perspective views of a blade mounted on an annular support according to an embodiment of the invention
  • Figure 18 is a diagram combining the helical embodiment and the static embodiment of the invention.
  • FIG. 1 illustrates an example of a device for propulsion and / or energy generation 1 according to an example of a first embodiment of the present invention, hereinafter a helical embodiment.
  • This comprises a fixing shaft 3, intended to fix it to an external element, for example a ship or a fixed or floating base of a tidal turbine.
  • the fixing shaft is surrounded by a hull 2 intended for example to limit the hydrodynamic disturbances of the fixing shaft 3.
  • the device illustrated is a ship thruster whose propulsion unit, comprising the electric motor and the propeller, is fixed by the fixing shaft 3.
  • the fixing shaft 3 is intended to be arranged on the ship, so that the power unit is immersed, when the ship floats.
  • the device according to the invention may therefore be a device for propelling an aircraft or a hovercraft, or a device for generating energy from a wind turbine.
  • the power unit is protected by an outer fairing 4, connected to the fixing shaft 3.
  • This propellant comprises a fixed stator 6 and an annular support 10 forming the rotor in this helical embodiment.
  • Said fixed stator 6 is intended to be fixed relative to the fixing shaft 3, while the rotor 10 is rotated relative to said fixed stator 6.
  • the power unit comprises an electric stator 6d integral with said fixed stator 6.
  • said fixed stator is an annular stator 6 and therefore forms a ring within which the rotor 10 is rotatably mounted.
  • This rotor 10 is also annular.
  • said annular stator 6 comprises on its internal face an annular slide 7.
  • the annular rotor 10 is in the form of a crown, the edges 12 of which are held in the slide.
  • annular step 14 protrudes towards the center 0 of the ring formed by the rotor 10. This annular step 14 slides inside the slide.
  • the stator 6 comprises two barrels 6a and 6b opposite the center 0 of the rotor 10. They are at a distance from each other, which forms the space of the slide 7 which houses the annular step 14 of the rotor 10. This annular step 14 is taken between these two static barrels 6a and 6b.
  • the edges 12 of the rotor 10 carry ball bearings 9a and 9b.
  • the thrust bearings are taken between the edges of the static barrels 6a and 6b and the edges of the annular step 14 vis-à-vis the edges of these static barrels 6a and 6b.
  • the rotor 10 slides and rotates while being guided by these thrust bearings, borne on one side by the barrels 6a and 6b and on the other by the edges 12 of the rotor 10.
  • a hull 4 adjoining the barrels 6a and 6b forms the outer casing of said annular stator 6 and gives it its shape adapted to reduce turbulence. It has an opening opposite the center 0 of the rotor 10, opening in which are inscribed the two static barrels 6a and 6b and the annular step 14 of the rotor 10.
  • Said annular stator 6 comprises an electric stator 6d formed by a ring with a plurality of electric poles.
  • this electric stator 6d surrounds the rotor 10.
  • This electric stator 6d consists of coils, themselves connected to a power supply (not shown). The electrical phase changes applied to said electric stator 6d cause rotation of the rotor 10 relative to the electric stator 6d, and thus to said annular stator 6 as a whole.
  • the annular step 14 is disposed between the edges of the opening of the slide 7, and is thus accessible. Blades 20 are fixed on this annular step 14. Thus, the annular rotor 10 will be able to rotate the blades 20, about an axis of rotation 5 passing through the center 0 of the ring.
  • the rotor is therefore according to this embodiment an annular support of the blades.
  • these blades 20 thus form a circumferentially driven helix.
  • this propeller is variable pitch.
  • the blades 20 are in fact rotatably mounted on the inner face of the annular rotor 10.
  • the blades can self-adjust due to the hydrodynamic or aerodynamic forces resulting from the fluid flows around these blades, especially the water in the example shown.
  • This application is however not limited to propellers driven in rotation, but also extends to static assemblies carrying blades and receiving a flow of fluid.
  • the device according to the invention comprises:
  • a rotary propeller 301 the rotation of which drives the propulsion of a vehicle
  • the rotating propeller 301 generates a downstream fluid flow in a spiral motion, schematized by the streamline F1, having a given pitch PI.
  • the static assembly 401 is placed downstream of the rotary propeller 301. This assembly 401 is said to be static because it is devoid of a rotational movement.
  • This static assembly 401 comprises self-adjusting blades 20, such as those described in the present application, carried by an annular support 410.
  • the device illustrated in FIG. 18 is therefore an exemplary embodiment of the static embodiment of the invention.
  • the rotary propeller may be central hub, or as in the example shown, a helix drive circumferential iel.
  • the rotary propeller 301 is also self-adjusting blades, according to the invention.
  • a self-adjusting blade 20 of this rotary propeller 301 is shown.
  • the other blades are not represented.
  • these self-adjusting blades 20 of the rotary propeller 301 may for example be arranged to be in opposite directions of the blades of the static assembly 401.
  • the characteristics of the blades and their arrangement on their annular support, and possibly their connecting elements, described in this application, in particular with reference to the examples illustrated in FIGS. 3 to 8 and 12 to 14, and to a certain extent in FIGS. 9 to 11, are applicable both for the rotating propellers and for the static assemblies of the embodiments of the device according to the invention.
  • the annular support 10 of the blades is a rotor of an electric motor or a turbine.
  • the annular support 10 of the blades is a fixed support ring.
  • the self-adjusting blades 20, their connecting element 30 and the arrangement of the latter on the annular support of the blades are symmetrical by planar symmetry in the rotary propeller 301 and in the element. The same references are given to them.
  • the blades 20 of the static assembly will move freely under the effect of fluid flows around said blades, so that the blades self-adjust.
  • the blades 20 will thus take the optimal orientation to effectively straighten the pitch of the fluid flow downstream of the static assembly 401.
  • the fluid s flows according to a spiral movement, shown schematically by the current line F2 of pitch P2 greater than the pitch PI of the stream line F1 between the rotary propeller 301 and the static assembly 401.
  • the entire device 300 thus loses less than energy.
  • the rotational part of the movement of the fluid generated by the rotary propeller 301 represents significant energy losses, because it is not used for propulsion. All the energy absorbed by this component of the movement resulting directly from the drag generated at the blades 20 is lost.
  • the pitch P2 of the current line F2 downstream of the static assembly 401 By lengthening the pitch P2 of the current line F2 downstream of the static assembly 401, the rotational part of the movement of the fluid is thus reduced and thus improves the performance of the device 300.
  • the combination of a rotary propeller and a static assembly according to the invention is particularly interesting, insofar as the spiral-shaped fluid movement, shown schematically by the stream line Fl coming out of the rotary propeller 301, in particular its pitch PI, will vary according to the orientation of the blades 20 according to the speed of the device 300.
  • the static assembly 401 also comprising in this case also a set of self-adjusting blades 20, the latter will self-adapt to the flow of fluid from the rotating propeller 301. According to an embodiment of the invention not shown, it is also possible, if we consider that the pitch of the current lines leaving the static assembly is still too tight, to add one or more additional static assemblies downstream.
  • the annular supports 10, namely the rotor 310 and the fixed ring 410 are parallel.
  • the axis of rotation 305 of the rotor 310 and the central axis 405 of the fixed ring 410 are c o ax i aux.
  • the blades 20 of the static assembly 401 do not necessarily have the same equilibrium effect as those of the rotary propeller 301. According to one embodiment of the invention, their offsets with respect to their axis of rotation or their axis respective curvature may differ so that the self-adjustable blades 20A of the static assembly 401 have a better lift, and the blades 20 of the rotating propeller 301 a better fineness.
  • each blade is fixed to a rotation shaft 32 via a connecting element formed by a spacer 30.
  • the rotation shaft 32 is freely rotatably mounted on itself in an orifice of the annular rotor 10, 310, and / or or the fixed ring 10, 410 in the context of the static embodiment, or in rotation about the axis of rotation of the blades 21, corresponding to the longitudinal central axis of this rotation shaft 32.
  • the spacer 30 is a separate part of the corresponding blade 20 and the corresponding rotational shaft 32.
  • the invention is not limited to this embodiment and s extends to a joining element formed in one piece with the blade and / or the rotation shaft.
  • the spacer 30 is a bar, possibly slightly curved, extending essentially in length. It has a length "L” at least twice its width "1" and at least four times greater than its thickness "e". In the illustrated example, the length "L” is at least four times greater than the width "1", the latter being at least four times greater than its thickness "e”.
  • the spacer 30 is fixed at one of its two ends to the base 24 of the blade 20, and at the other end to the rotation shaft 32.
  • the blade 20 extends between two ends, namely from its base 24 to its top 26.
  • the top 26 of each blade 20 is free, namely that it is not attached to other elements, the blade being connected to the annular support 10, only at its base 24.
  • the propeller formed by the blades 20 is devoid of central hub. There is thus a central zone around the center 0 of the annular support 10, namely the rotor or the fixed ring, devoid of any element of the device. The flow of water can therefore flow through the propeller with less disturbance.
  • each blade 20 comprises an active surface 22 oriented away from the axis of rotation 21. This active surface is called extrados of the blade. It undergoes a stronger depression than the opposite surface of the blade, thus generating a propulsive force.
  • the blade 20 splits the fluid by its leading edge 25, connecting the base 24 to the top 26, upstream of the blade. Opposite this leading edge, the blade 20 comprises a trailing edge 28, therefore downstream of the blade.
  • the rope For each section of the blade from the base 24 to the summit 26, it is possible to define a line extending along the width of the blade, this line being called the rope.
  • FIG. 3 illustrates the rope 29 of a section of the blade in a plane at its base 24.
  • wick axis 27 For each section of the blade from the base 24 to the summit 26, it is also possible to define a maximum thickness and a wicking point in the middle of this thickness.
  • the set of wicking points of these sections over the entire blade 20 forms a curved or rectilinear axis, called the wick axis 27.
  • Figure 12 shows another embodiment of the blade and its connecting element.
  • the joining element comprises a core 130b, for example made of steel, one end of which is fixed to the rotation shaft 32.
  • a hull 130a of the joining element is overmolded on the other end of the soul 130b.
  • This hull 130a comprises an elbow connected to the base 124 of the blade 120.
  • the blade 120 and this hull 130a are integrally made of material, and thus form a monobloc element overmolded on the core 130b.
  • the joining element is thus formed by this core 130b and this hull 130a of the connecting element.
  • the hull 130a may comprise a profile arranged to limit turbulence at the junction element. In the illustrated example, it covers only a portion of the core 130b. Nevertheless, according to certain embodiments, not shown, the hull can envelop the majority or even the entirety of the connecting element.
  • the ratios of length L, width 1, and thickness e, mentioned above, can also be applied to this embodiment of blade 120 and 130a / 130b junction element.
  • the blade 120 also includes a free vertex 126.
  • a leading edge 125 and a trailing edge 128 join the base 124 at the top 126.
  • FIG. 4 illustrates the distribution of the forces and moments of forces on these various elements, when the rotor 10 is rotating in the stator 6, in the context of the helical embodiment, and / or when the blades 20 carried by the fixed ring 10 receive a flow from the rotating propeller, in the context of the static embodiment.
  • each section taken along the blade moves relative to the fluid with an incidence a, so that the displacement of each blade 20 in the fluid generates a force called lift P. It is this lift P that allows the propulsion or the generation of energy. Concurrently with this lift P, a force is generated on the blade 20, this force being called drag T.
  • the sections may have an asymmetrical profile, intended to optimize the lift P and reduce the drag T.
  • the offset of the blade 20 relative to its axis of rotation 21, in particular by means of the spacer 30, allows the generation on the rotation shaft 32 of moments resulting from these lift forces.
  • P and drag T respectively a moment of lift M P and a moment of drag M T.
  • the blade 20 being free in rotation, it will rotate about its axis of rotation 21, until finding a position of equilibrium with respect to these lift forces P and drag T and these moments M P and M T.
  • This position of equilibrium will correspond to an optimal angle of attack of the blade with respect to the direction of flow 23 of the lines of
  • This optimum angle of attack corresponds to the angle that the rope of the blade makes with this direction of flow 23 of the fluid lines, when the blade is in an optimum position.
  • each blade 20 of this rotary propeller will take the most optimal orientation for propulsion or generation efficiency. This device is thus effective even outside the operating point of the thruster, both at low speed, especially at startup, at full speed and on all intermediate feed rates.
  • each blade 20 of this static assembly 401 will take the most optimal orientation for the efficiency of the propulsion, depending on the flow received by the rotary propeller 301.
  • the section of a blade 20 is considered by cutting at a given location, between its base 24 and its top 26, a cutting plane that minimizes the maximum thickness of the profile of the section obtained. , for example perpendicular to its wick axis 27.
  • a first criterion used for the design of the blades 20 is that of the angle of incidence, or angle of attack, of the blade sections.
  • This angle of incidence may be chosen important to maximize the lift P, or lower to reduce the drag T.
  • This angle of attack may for example be between 1 to 30 °. In the example shown, this angle is around 6 °.
  • a second criterion that can be considered in this example is that of the blade profile 20.
  • the profile of the section of the blade 20 has the following characteristics:
  • radius of the leading edge is the curvature of the leading edge in the plane of the section.
  • the advantage of this exemplary embodiment is that the sum of the drag moment M T and the moment of lift M P varies all the more rapidly with the angle of incidence a. distance Dy, mentioned in the previous paragraph, is large. This stabilizes the position of the blade around its ideal incidence even in low flow speeds.
  • the ratio Dy / Dx is adjusted to have an optimal angle of incidence ⁇ between 1 ° and 30 °.
  • ⁇ angle of incidence
  • Dy (%) and Dx (%) are the previously mentioned characteristics, expressed in percentages with respect to the dimension of the string;
  • a & B are constants for each section profile and each optimum angle of incidence of the section of the blade.
  • FIG. 15 is a diagram showing generally that of Figure 4, but leaving only these magnitudes.
  • the blades 20 are rotated in a direction R, and the incident flow relative to the blade is according to the incident flow F.
  • the inertia force I on the blade results from the centripetal acceleration of the rotary motion, generating a moment of inertia M ⁇ to the axis of rotation 21.
  • the center of gravity G of the blade 20 is in downstream, relative to the flow of the fluid locally relative to the blade according to the incident flow F, the effects of inertia will tend to open the angle of incidence, and vice versa.
  • the rotation shaft 32 can be mounted on two bearings 38a and 38b, for example radially on either side of the ring formed by the annular support 10, 310, 410, namely formed by the rotor 10, 310 or the fixed ring 410, according to the embodiment concerned.
  • the annular support 10 has a passage duct 15, extending radially and opening on the inside face 11a of the annular support and on the other side on the face. outer 11b of the annular support.
  • the bearings 38a and 38b are inserted into force in the passage duct 15.
  • the rotation shaft 32 is housed in this duct 15 and protrudes from both sides; it also exceeds each side of each bearing 38a and 38b.
  • the main forces generated by the blade namely the orthogonal forces to the axis of rotation 21, are taken up by these two levels.
  • This is also applicable to a stationary static set ring, where in this case the reference 10 designates the fixed ring.
  • a plane support 37 is formed at one end of the rotation shaft 32 fixed to the spacer 30.
  • the surface of the spacer 30 vis-à-vis the annular support 10 will act as plane support on the inner face of the annular support 10 thus providing a first locking in translation along the axis of rotation 21.
  • another plane support 37 is formed at the other end of the rotation shaft 32, on the outside of the annular support 10. The latter provides the second locking in translation in the other direction. It takes for example the form of a washer 33 or a ring traversed by this shaft 32 and fixed to it. It is also possible to use circlips, fitting elastically on the rotation shaft 32. This flat support may be in direct abutment on the outer face of the annular support 10.
  • the flat support 37 in particular the washer 33 is in abutment against the bottom of a housing 16, that has the annular support on its outer face.
  • the annular support 10 is thus sandwiched radially between the two planar supports 37.
  • each blade 20 can pass on each side of the annular support 10, namely on each side of a plane orthogonal to the central axis 5, 305, 405, of the annular support 10 , this plane passing through the center 0 of the ring formed by the annular support 10.
  • this central axis corresponds to the axis of rotation 5, 305, of the rotor 10, 310.
  • Figures 6a and 6b schematically illustrate two embodiments of the arrangements referred to in the preceding paragraph.
  • the spacer 30 is bent. It has a local radius of curvature less than the inner radius of the annular support 10.
  • the spacer 30 is rectilinear but makes an angle with the rotation shaft 32 greater than 90 ° and has a length L such that it can pass under the annular support 10. In both cases, the blade 20 can pass under the annular support 10.
  • the bending as shown in Figure 6a, generates less disturbances in the fluid that the embodiment variant illustrated in Figure 6b.
  • Each blade 20 may be straight, that is to say have sections whose ropes are all parallel to each other and contained in the same plane over its entire length, or from its base 24 to its top 26.
  • the tangential speeds of rotation relative to the axis of rotation of the helix 5 will be different. Consequently, the apparent speeds of the local flows relative to each blade, which result from the tangential speed of rotation about the axis 5 and the axial speed of the flows along the helix axis 5, will also be different, in value and direction.
  • each blade 20 may have a twisting, namely that its profile varies so that the ropes of different sections of the blade form an angle between them. This is illustrated in Figures 7 and 8.
  • FIG. 7 schematically shows an exaggeratedly enlarged blade.
  • Three sections have been illustrated.
  • the first section corresponds to the section of the base 24 of this blade 20.
  • the second section corresponds to a section of the top 26 of the blade 20.
  • a third section located at an intermediate position of the blade.
  • Each of these sections is subjected to a constant feed rate V d due to the displacement of the powered object or due to the current received by the generator.
  • V d the tangential velocity V t is different and decreasing as one moves further away from the base 24 and closer to the axis of rotation 5 of the helix. Therefore, the apparent velocity V of the blades 20 at each section, are descending in s' approaching the rotation axis 5 of the helix.
  • the optimum blade angle is not the same for each of these sections.
  • the twisting is such that the sections are arranged so that their blade angle is optimal, thus maintaining a constant and optimal angle of attack.
  • the optimum blade angle increases along the blade 20 away from the base 24 of the blade towards its top 26.
  • Figure 7 applies to a rotating propeller, the curved arrow representing the direction of rotation. Nevertheless, it can be transposed to a static set.
  • the arrow represents the fictitious rotation that the static assembly would have if its relative upstream flow were considered to be rectilinear and directed downstream along the axis of symmetry of the fixed annular support.
  • the axis 5 corresponds to a fictitious axis of rotation, and in reality is the central axis of the fixed ring.
  • Figure 8 shows the first and second superimposed sections.
  • the angle ⁇ between the ropes 29 and 26bis of these sections, therefore respectively of the base 24 and the top 26, corresponds to the total twisting of the blade 20.
  • this total twisting of the blade can be between 1 and 20 degrees. According to an exemplary embodiment, it is about 10 degrees.
  • the rotation shaft 32 is movable between two stops 17 and 18 of the annular support 10.
  • the annular support 10 comprises a housing 16 into which the passageway 15 of the rotation shaft 32.
  • the housing 16 comprises a bottom with which cooperates one of the planar supports 37 supporting the rotation shaft 32 on the annular support 10. From this bottom 16, leave two stops 17 and 18 , for example housing walls perpendicular to this bottom 16.
  • the rotation shaft 32 comprises an element, for example a stud 34 perpendicular to the rotation shaft 32, which can bear against one or other of the stops , 17 or 18, according to the orientation imparted to the spacer 30 by the blade 20. It has thus limited the rotation of the blade 20.
  • FIGS. 9 to 11 are applicable to the helical embodiment.
  • FIGS. 9 to 11 are also transferable to the static embodiment, with the following differences: the fixed ring formed by the annular support 10 does not comprise a slideway 14 for sliding in a stator,
  • the rotation R P is a fictitious rotation which the static assembly would have if it is considered that its relative upstream flow is rectilinear and directed downstream along the axis of symmetry of the fixed annular support.
  • one of the abutment 18 and the tenon 34 are arranged so that when the tenon 34 is in abutment, the base 24 of the blade 20 has an incidence I b zero with respect to the flow lines, or fluid streams, and that the top 26 the blade 20 has a positive incidence I s relative to the flow lines.
  • This abutment 18 forms a starting abutment 18 because it is placed so as to impose a zero or positive angle of incidence at startup by introducing a main flow along the axis of rotation 5. This makes it possible to exit as quickly as possible.
  • the transitional phase during which the phenomenon of sucking from one blade to another is preponderant.
  • the blades 20 separate from this starting stop 18 by virtue of their self-adjusting characteristic.
  • the arrangement of the starting abutment 18 can be chosen so that the starting angle of incidence on the base 24 of the blade 20 is between -5 ° and + 20 °.
  • the angle of incidence on the top 26 of the blade will be stronger because of the twisting of the blade 20. For example, this angle starting incidence on the base 24 of the blade 20 is 6 °.
  • the rotor 10 In energy generation, the rotor 10 will rotate in the other direction. The blade 20 will then pass to the other side of the rotor.
  • a spring 35 can be fixed between the rotation shaft 32 and the rotor 10.
  • the spring 35 is fixed at one end. at one wall of the housing 16 and the other at the tenon 34. It may be as illustrated by a coil spring, whose turns are wound around the rotation shaft 32. Thus the rotation of the shaft 32 will cause a variation of the stress of the spring 35.
  • FIG. 13 illustrates the behavior of a blade 20 according to the rotation of the shaft 32.
  • the blade 20 is represented in different positions.
  • the blade 20 is oriented itself. even at a position included in a sector S G , according to the same principles of self-adjustment as for propulsion, previously mentioned, particularly with respect to FIG. 11.
  • the driving of the rotor 10 in the stator 6 by the current of fluid will cause the generation of an electric current, recovered in a conventional manner at the electric stator 6d.
  • the blade 20 At a zero speed of rotation, the blade 20 will orient itself according to a position Po, in which its leading edge is facing the flow of advance A. It is said that the blade is flagged. While remaining in this direction, the blade 20 can nevertheless maintain an average angle of attack, for example 6 °.
  • a power supply is applied to the coils of the electric stator 6d so as to cause rotation of the rotor 10 in a direction R P. This will generate the thrust of the fluid and therefore the propulsion.
  • the blade 20 will then begin to orient itself, causing the rotation of the rotation shaft 32, and the approaching of the pin 34 of the abutment 18.
  • the blade 20 will pass on the other side of the rotor 10, then move away gradually until reaching a position P P , defining the start of a propulsion sector S P , where the propulsion begins.
  • a variant of the helical embodiment is thus obtained, making it possible to operate the device according to the invention both as a propellant and as an energy generator.
  • the self-adjusting blades can be slidably guided on along the annular support.
  • FIGS 16 and 17 illustrate an example of this embodiment.
  • Each of the blades 220 comprises a base 224 and a top 226.
  • the base 224 is connected to two rods 231, 232, forming two sliders able to slide in a slot 215.
  • This slot 215 is curved and passes through the annular support of its inner face. 211a on its outer face 211b.
  • each rod 231, 232 are housed two successive rollers 233, 234, traversed by the corresponding rods.
  • These rollers 233, 234 are locked in translation along the rod 231, 232, carrying them, but are free to rotate around it.
  • the 231, 232, and the rollers 233, 234, are arranged so that the rollers are housed in the slot 215.
  • the rods are also locked in translation along their longitudinal axis, and can slide along the slot, the rollers are ability to roll against the inner walls of the slot. It is thus created a rolling contact between the rods and the walls of the slot 215, which decreases the friction of the movement.
  • Each rod 231, 232 is connected by one of its ends to the base of the blade 220, part of the rod passes through the slot 215.
  • the first rod 231 is closer to the leading edge of the base of the blade. 220 and the second rod 232 is closer to the trailing edge of the base of the blade 220.
  • the slot 215 forms a curved slide having a curvature defining a local movement of the blade 220 around a position defined by an axis, said axis of curvature 221. This axis locally defines an axis of rotation with a radius of curvature.
  • this local radius of curvature can be constant, thus allowing the realization of a circular movement of the blade around the axis, which thus becomes the axis of rotation of the blade.
  • the blade is thus offset with respect to its axis of rotation but not with respect to the annular support.
  • this local radius of curvature varies along the slot 215, thus changing the balance incidence of the blade.
  • This embodiment makes it possible to modify the equilibrium parameters during operation, Dx% and Dy% previously seen, by modifying the position of the axis of curvature around which the blade rotates, and thus the equilibrium angle of the blade.
  • the variation of the local radius of curvature makes it possible, for example, to adjust the equilibrium incidence at particular operating speeds, such as starting up or when the envisaged maximum feedrate is reached.
  • the equilibrium incidence in the starting phases can be increased by increasing the local radius of curvature r max of the movement, thus increasing the drag torque, as illustrated in FIG. 16.
  • the retaining means for locking the rods 231, 232 in the slot 215 while leaving them free sliding in it may comprise washers 238 fixed on one side of the rods vis- to and against the outer face 211b of the annular support 210.
  • the radial movement of the blade 220 can be blocked, in the direction from the blade 220 to the annular support 210, by the surface of the base 224 of the blade 220 itself. This base 224 slides in this case against the inner face 211a of the annular support 210.
  • the profiles of the blades 220 may present a twisting as described above.
  • the guide means of a blade comprise a first and a second slide, instead of one like that illustrated in FIGS. 16 and 17.
  • the blades are also connected to two rods, as in Figures 16 and 17, but a rod slides in one of the slides and another rod slides in the other slide.
  • the retention of the rods in the slides may be identical to that of the rods in Figures 16 and 17.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie (1) comprenant : - un hélice rotative; - un support annulaire (10); - des pales (20) comprenant une première extrémité formant une base et une deuxième extrémité formant un sommet, les pales étant montées pivotantes et libre en rotation sur la face intérieure du support annulaire au niveau de leur base, via une articulation agencée de manière à ce que les pales soient auto-ajustables

Description

DISPOSITIF AVEC HELICE A ENTRAINEMENT CIRCONFERENTIEL ET ENSEMBLE STATIQUE, AVEC DES PALES
AUTO-AJUSTABLES PLACE EN AVAL
La présente invention se rapporte au domaine de la propulsion et de la génération d'énergie par des dispositifs à hélices dans les fluides.
Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de propulsion et/ou génération d'énergie à transmission circonférentielle par une hélice sans moyeu aux pales auto- ajustables.
Dans le domaine de la propulsion à hélice, il est connu de l'homme du métier, notamment par le document brevet EP 0 025 260 A, des dispositifs de propulsion à hélice, dans lesquels un moyeu central entraine la rotation de pales. Ces pales sont montées libres en rotation en périphérie de ce moyeu de manière à pouvoir s ' auto-aj uster, notamment en fonction du flux d'eau principal traversant l'hélice et de la vitesse de rotation de l'hélice.
De tels dispositifs ont donc un pas d'hélice variable ce qui présente l'avantage d'avoir un pas optimisé pour une plage de vitesses de flux d'eau traversant l'hélice et une plage de vitesses de rotation de l'hélice, et donc d'améliorer le rendement de l'hélice sur ces plages de fonctionnement. Le fait que les pales s ' auto-aj ustent permet de simplifier le système.
Toutefois, la recherche d'un meilleur rendement et d'une efficacité toujours optimisée reste une problématique récurrente pour les dispositifs à hélice.
Un but de l'invention est donc d'optimiser les hélices à pales auto-ajustables.
Un objet de l'invention est un dispositif de propulsion et/ou génération d'énergie à transmission circonférentielle par une hélice aux pales auto-ajustables. Comme il sera expliqué ci-après ce dispositif donne de bons rendements. Dans ce cas, l'hélice est rotative et les pales sont portées par un rotor .
La demanderesse s'est également aperçu que ce principe pouvait être efficacement étendu aux pales montées à l'intérieur d'un ensemble statique utilisées pour redresser les lignes de flux en aval de l'hélice rotative. Le rendement de la combinaison hélice rotative et ensemble statique de pales montées dans un anneau fixe, à savoir non rotatif, était également meilleur.
À cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie comprenant :
- une hélice rotative,
- un support annulaire,
des pales comprenant chacune une première extrémité formant une base et une deuxième extrémité formant un sommet, ces pales étant montées sur la face intérieure du support annulaire au niveau de leur base via une articulation, l'articulation étant agencée de manière à ce que les pales puisse s'orienter librement sous l'effet des écoulements du fluide autour desdites pales, de manière à ce que les pales soient auto¬ ajustables .
Ainsi les pales peuvent s'orienter par elles-mêmes sous l'effet de ces écoulements.
La disposition de pales auto-ajustables à l'intérieur d'un anneau, à savoir le support annulaire, améliore sensiblement le rendement du dispositif. Les écoulements de fluide au travers de cet anneau, que celui-ci soit un rotor ou un anneau fixe en aval d'une hélice rotative, entraine l'auto- ajustement des pales et donc une meilleur efficacité de celles-ci dans le fluide, améliorant ainsi le fonctionnement du dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, ci- après appelé « mode de réalisation en hélice », l'hélice rotative comprend :
- un stator annulaire,
- ledit support annulaire, ce dernier formant un rotor annulaire monté à l'intérieur du stator, et mobile par rapport à ce dernier,
- lesdites pales.
Ainsi, l'entraînement des pales est circonférentiel puisqu'elles tournent avec le rotor annulaire, qui lui tourne sur lui-même autour de son axe de rotation passant au centre de l'anneau que forme le rotor. Ces pales étant sur la face intérieure du rotor, il s'ensuit que le rendement de ce dispositif est particulièrement efficace comparé aux hélices entraînées par un moyen central, car dans une hélice, les zones proche de son bord extérieur, soit celles ayant un plus grand diamètre, sont les plus efficaces. En effet, au niveau de ces zones se trouvent les vitesses linéaires maximales des lignes d'eau. Ainsi, le dispositif selon l'invention comprend des pales dont le pas peut également s ' auto-aj uster grâce aux forces hydrodynamiques ou aérodynamiques résultant des écoulements du fluide autour de desdites pales. On améliore en conséquence l'efficacité du dispositif à pale, en particulier entraînées en rotation, et sa simplicité de réalisation.
Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le dispositif est un dispositif de propulsion et comprend en outre un ensemble statique en aval et en vis-à-vis de l'hélice rotative, l'ensemble statique comprenant le support annulaire et les ou certaines des pales, le support annulaire formant un anneau fixe au regard de l'hélice rotative, l'hélice rotative et l'ensemble statique étant agencés de manière à ce que les pales montées sur l'anneau fixe soient aptes à recevoir des écoulements de fluide entraînés par la rotation de l'hélice rotative. Le support annulaire est donc ici fixe, au sens où il n'est pas entraîné en rotation. En redressant les lignes de courant en aval de l'hélice rotative, le rendement de la combinaison hélice rotative et ensemble statique est amélioré.
Cette réalisation avec ensemble statique à pales auto¬ ajustable peut s'appliquer à tout type d'hélice rotative, non seulement une hélice rotative à pales auto-ajustables selon les réalisations correspondantes de l'invention, mais également des hélices plus classiques, telles que des hélices à entraînement par moyeu central. Ce type de réalisation de selon l'invention est ensuite appelé «mode de réalisation en statique» .
Ainsi, les propriétés auto-ajustables des pales selon les réalisations de l'invention permettent une amélioration de l'efficacité du dispositif selon l'invention, que ces pales auto-ajustables soient appliquées à un rotor d'une hélice rotative ou à un anneau fixe d'un ensemble statique.
Selon une réalisation de l'invention, l'hélice rotative est une hélice selon le mode de réalisation en hélice et l'ensemble statique est selon le mode de réalisation en statique .
Dans le cas visé au paragraphe ci-dessus, les pales de l'hélice rotative peuvent par exemple être agencées de manière à être en sens opposé des pales de l'ensemble statique. Cela signifie qu'elles sont agencées de manière à ce que lorsqu'elles sont positionnées du côté amont du support annulaire qui les porte, les pales portées par le rotor et celles portées par l'anneau fixe sont en sens opposé. C'est-à- dire que dans ce cas, le sens allant du bord de fuite au bord d' attaque pour les pales portées par le rotor est opposé au sens allant du bord de fuite au bord d'attaque des pales portées par l'anneau fixe. Dans ce cas, les pales de l'hélice rotative peuvent par exemple présenter un profil qui est le symétrique planaire des pales de l'ensemble statique.
Selon une réalisation de l'invention, chacune des pales comprend une première extrémité formant une base et une deuxième extrémité formant un sommet, les pales étant montées pivotantes sur la face intérieure du support annulaire au niveau de leur base via une liaison pivot, la liaison pivot étant agencée de manière à ce que les pales soient libres en rotation autour d'un axe de rotation. Il s'agit d'une manière de réaliser une articulation des pales permettant leur auto¬ ajustement .
Selon une réalisation de l'invention, la liaison pivot comprend un arbre de rotation monté libre en rotation dans un logement du support annulaire.
Selon une réalisation de l'invention, le dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie peut présenter des pales dont la base est décalée par rapport à son axe de rotation. Aussi les pales peuvent-elles s ' auto-aj uster plus facilement. Selon des exemples de réalisation, toutes les pales peuvent être ainsi décalées. Les pales peuvent avoir des décalages différents, par exemple augmentant progressivement d'une pale à l'autre. Selon une réalisation plus simple à réaliser, les pales sont toutes décalées d'autant par rapport à leur axe de rotation.
De plus, dans le cas du mode de réalisation en hélice ainsi que dans le cas du mode de réalisation en statique selon l'invention, l'agencement en anneau offre plus d'espace pour la disposition des pales montées libres en rotation, notamment relativement à la position décalée de la pale par rapport à son axe de rotation. On améliore ainsi la stabilité et le rendement des pales auto-ajustable. Selon une réalisation de l'invention, la base d'au moins une pale est à distance de son axe de rotation et reliée à cet axe de rotation par un élément de jonction. Il s'agit d'un exemple de réalisation du déport de la pale par rapport à son axe de rotation. Cela peut s'appliquer à plusieurs pales, voire à toutes les pales.
Selon une réalisation de l'invention, chaque élément de jonction peut s'étendre sur sa longueur entre deux extrémités, la première extrémité étant fixée à l'arbre de rotation et la seconde extrémité étant fixée à la base de la pale. Cela permet de générer un déport important de la pale par rapport à son axe de rotation, tout en diminuant la perturbation des flux .
Selon une réalisation de l'invention, selon une section dans un plan au niveau de la base de chaque pale, cette section étant réalisée de manière à avoir l'épaisseur de pale la plus faible, la corde et l'élément de jonction peuvent former un angle inférieur à 90° vu depuis le bord d'attaque vers le bord de fuite de la pale. Cela permet d'avoir la liaison de l'élément de jonction et de la base de la pale à l'endroit d'épaisseur de pale la plus grande dans cette section, y compris lorsque dans cette même section, selon un axe confondu avec la corde, le décalage du bord d'attaque par rapport à l'axe de rotation est inférieur au décalage du bord d'attaque par rapport à cet endroit d'épaisseur de pale la plus grande.
Selon une réalisation de l'invention, chaque élément de jonction peut présenter une longueur au moins deux fois supérieure à sa largeur et quatre fois supérieure à son épaisseur. Cette géométrie présente l'avantage de limiter la surface mouillée de l'élément de jonction et par conséquent l'apparition de perturbations hydrodynamiques dans le cas de forts déports des pales par rapport à leur axe de rotation. Les perturbations hydrodynamiques sont d' autant plus fortes que le déport des pales par rapport à leur axe de rotation est grand. Avec de tels rapports de longueur, largeur et épaisseur, on améliore donc le rendement des réalisations, y compris avec un fort déport des pales par rapport à leur axe de rotation.
Selon une réalisation de l'invention, pour au moins un élément de jonction:
- l'élément de jonction est de forme cintrée, le rayon de courbure local, i.e. le rayon de courbure pris en tout point de la surface intérieure de l'élément de jonction, étant inférieur à quatre fois le rayon intérieur du support annulaire; et / ou
- le plan orthogonal à l'axe de rotation de la pale et la tangente à la surface de l'élément de jonction en vis-à- vis du support annulaire forment un angle non nul.
Dans cette réalisation, l'élément de jonction est relié au niveau de l'axe de rotation, notamment à l'arbre de rotation, de manière à être à distance de la surface intérieure du support annulaire. Cette distance et le rayon de courbure local, ou bien cette distance et l'angle entre le plan orthogonal à l'axe de rotation de la pale et la tangente à la surface de l'élément de jonction en vis-à-vis du support annulaire, sont choisis de manière à permettre à la pale et à son élément de jonction de passer sous le support annulaire.
Selon un exemple de réalisation, l'élément de jonction est de forme cintrée, le rayon de courbure local de sa surface intérieure étant inférieur au rayon intérieur du support annulaire. Selon un autre exemple de réalisation, le plan orthogonal à l'axe de rotation de la pale et la tangente à la surface de l'élément de jonction en vis-à-vis du support annulaire forment un angle supérieur à 10°. Ces deux exemples de réalisation permettent à la pale et à son élément de jonction de passer sous le support annulaire, sans avoir à prolonger les axes de rotation des pales trop loin vers le centre du support annulaire, dans la mesure où la présence d'éléments non propulsifs dans cette zone génère des perturbations hydrodynamiques grevant le rendement du dispositif. Le support des pales étant annulaire, il présente une face intérieure tournée vers son centre et une face extérieure à l'opposé. Le rayon intérieur va de ce centre à cette face intérieure.
Selon une réalisation de l'invention, l'élément de jonction est en contact glissant ou roulant avec la surface intérieure du support annulaire, soit directement, soit via un palier ou un roulement mécanique, notamment un roulement à billes. Cela permet une réalisation plus simple et plus compacte.
Selon une réalisation de l'invention, l'élément de jonction comprend une entretoise fixée d'un côté au niveau de la base de la pale correspondante, et de l'autre côté à l'arbre de cette pale là.
Selon une réalisation de l'invention, l'élément de jonction est formé en une seule pièce, notamment venu de matière, avec l'axe de rotation et/ou la pale. On simplifie ainsi la réalisation du dispositif.
Selon une réalisation de l'invention, l'élément de jonction comprend un profil agencé de manière à limiter les turbulences au niveau de l'élément de jonction. En d'autres termes ce profil est aérodynamique ou hydrodynamique. Par exemple, l'élément de jonction peut être formé par une âme, notamment en acier, sur laquelle est surmoulée une carène. La carène comprend le profil agencé de manière à limiter les turbulences au niveau de l'élément de jonction.
Selon une réalisation de l'invention, la liaison pivot d'au moins une pale comprend un arbre de rotation logé dans un trou traversant du support annulaire. On gagne ainsi en compacité. L'arbre de rotation peut être logé dans le trou traversant du support annulaire de manière à ce que les efforts principaux générés par la pale, notamment les forces orthogonales à l'axe de rotation, soient repris par deux contacts, directs ou indirects, entre l'arbre de rotation et le support annulaire, ces deux contacts étant situés de part et d'autre du trou traversant. Ainsi ces deux contacts, et donc les reprises d'efforts, sont aux niveaux de la surface intérieure du support annulaire, à savoir celle qui est orientée vers le centre du support annulaire, et de la surface extérieure du support annulaire, à savoir celle située à l'opposé de la surface intérieure par rapport à l'épaisseur du support annulaire. Cette réalisation peut donc s'appliquer à une ou plusieurs pales, voire à toutes les pales. Par exemple, la liaison pivot de chaque arbre de rotation peut comprendre des paliers ou des roulements mécaniques, notamment des roulements à billes, placés sur cette surface intérieure et cette surface extérieure, de manière à reprendre les efforts principaux générés par la pale.
Selon une réalisation de l'invention, l'arbre de rotation peut être bloqué en translation d'un côté sur la surface intérieure du support annulaire et de l'autre côté sur la surface extérieure du support annulaire.
Une façon simple de réaliser cela est d'utiliser par exemple une rondelle, une bague ou un anneau monté (e) fixe en translation sur l'arbre de rotation et en contact glissant sur la surface extérieure du support annulaire. Cet anneau peut être un anneau non fermé et élastique, connu sous le nom de circlip. Pareillement, on peut utiliser un circlip ou une bague en contact avec la surface intérieure, mais une méthode encore plus simple est d'utiliser la surface de l'élément de jonction en vis-à-vis de la surface intérieure du support annulaire, comme surface glissante contre la surface intérieure du support annulaire.
Selon une réalisation de l'invention, chacune des pales comprend une première extrémité formant une base et une deuxième extrémité formant un sommet, la base étant reliée à des moyens coulissants, le support annulaire comprenant des moyens de guidage sur sa surface intérieure, chacune des pales étant solidaire des moyens de guidage correspondants par les moyens coulissants reliés à sa base, les moyens coulissants et les moyens de guidage étant agencés de manière à ce que les pales soient libres en coulissement le long des moyens de guidage correspondants selon un déplacement tel que l'orientation des pales varie.
Cela permet de s'affranchir de l'élément de jonction, évitant ainsi les pertes hydrodynamiques générées par ce dernier. Cette réalisation est également plus robuste que les réalisations avec élément de jonction, qui est une pièce structurelle soumise aux sollicitations hydrodynamiques.
De plus, cette réalisation présente moins de risques de blocage d'impuretés, comparativement aux réalisations avec élément de jonction, dans lesquelles des impuretés, telles que des algues, peuvent se coincer sur et entre l'élément de jonction et la surface intérieure du support annulaire.
Le moyen de guidage peut comprendre au moins une glissière courbée, le long de laquelle au moins un des moyens coulissants est apte à coulisser. La courbe de la glissière va ainsi donner à la pale son orientation selon sa position le long de la glissière. La pale peut ainsi localement se déplacer autour d'un axe, distant de la pale et du support annulaire.
La courbe de la glissière peut être agencée de manière à ce que la pale suive une trajectoire circulaire. Le mouvement de la pale est dans ce cas une rotation autour d'un axe de rotation donné, ce dernier pouvant alors être un axe simplement géométrique. Par exemple, la projection de la courbe sur un plan tangent au support annulaire au niveau de la courbe, est circulaire.
Alternativement, la courbure de la courbe de la glissière peut être variable. Sa courbure locale défini un rayon de courbure et un axe de courbure, ce dernier étant d'autant plus proche de la courbe que cette dernière est serrée. Le mouvement de la pale peut alors être complexe. Il peut être localement assimilé à une rotation autour de l'axe de courbure. Ce dernier est simplement un axe géométrique, à savoir qu'il n'est pas matérialisé par un arbre de rotation. Cet axe de courbure est mobile selon un déplacement le long de la courbe. Autrement dit, la distance la plus courte de cet axe à la courbe varie selon l'endroit considéré de la courbe.
La glissière peut être en saillie, par exemple un rail, ou en retrait, par exemple une gorge ou une fente, de la face intérieure du support annulaire.
Selon une réalisation de l'invention, les moyens coulissants reliés à une même pale comprennent un premier et un deuxième coulisseaux agencés pour coulisser le long d'une même glissière, le premier coulisseau et le deuxième coulisseau étant respectivement reliés à une première extrémité et à une deuxième extrémité de la base de la pale correspondante. Cela facilite la réalisation de la connexion de la pale à la glissière.
Selon une réalisation de l'invention, les moyens de guidage d'une pale comprennent une première et une deuxième glissières, et les moyens coulissants reliés à une même pale comprennent un premier et un deuxième coulisseaux, le premier coulisseau étant agencé pour coulisser le long de la première glissière, le deuxième coulisseau étant agencé pour coulisser le long de la deuxième glissière, le premier coulisseau et le deuxième coulisseau étant respectivement reliés à une première extrémité et à une deuxième extrémité de la base de la pale correspondante. Cela permet notamment d'obtenir une trajectoire au rayon de courbure très serré, difficile à obtenir avec une unique glissière compte tenu de l'écartement des deux coulisseaux.
La ou les glissières peuvent être formées par un creux oblong débouchant sur la face intérieure du support annulaire. Cette réalisation est plus simple pour loger des moyens de coulissement . Ce creux peut par exemple être sous la forme d'une gorge avec un fond, ou bien être traversant, et être alors sous la forme d'une fente.
Selon une réalisation de l'invention, les coulisseaux peuvent être formés par des tiges reliées d'un côté à la base de la pale correspondante et de l'autre à la glissière correspondante. Lorsque la glissière est sous forme d'une fente traversante, la ou les tiges peuvent être logées dans cette fente de manière à ce que les efforts principaux générés par la pale soient repris par deux contacts, directs ou indirects, entre lesdites tiges et le support annulaire, ces deux contacts étant situés de part et d'autre de la fente traversante et donc du support annulaire.
Selon une réalisation de l'invention, des rouleaux sont montés libres en rotation autour de ces tiges, ces dernières traversant les rouleaux correspondant, la ou les tiges étant agencées dans la fente correspondante de manière à ce que les rouleaux correspondants soient logés dans cette fente. Chaque tige peut par exemple traverser deux rouleaux consécutifs.
Les réalisations avec élément de jonction sont plus faciles à réaliser que les réalisations avec moyens de guidage et moyens coulissants vus ci-dessus. Les réalisations avec élément de jonction présente donc un intérêt, si l'on privilégie la simplicité de réalisation. Selon une réalisation de l'invention, le dispositif peut comprendre en outre des butées agencées de manière à ce que l'angle de pale au niveau de la base d'au moins une pale, voire de toutes les pales, à savoir l'angle entre la corde de la pale au niveau de sa base et le plan du support annulaire, à savoir le plan orthogonal à l'axe central du support annulaire, soit compris entre -5° et 20° lorsque l'orientation de la pale est bloquée par cette butée, par exemple un angle de 6°. Une valeur positive de l'angle pale d'une section oriente cette section de manière à ce qu'elle ait un angle d'attaque positif face à un flux purement tangentiel. Par exemple, dans le cas du mode de réalisation en hélice, où le support annulaire est un rotor, ce flux tangentiel peut être dû à la rotation propulsive du rotor, sans flux d'avance.
D'une manière générale dans la présente demande, l'axe central du support annulaire est l'axe passant par le centre de l'anneau. Lorsque le support annulaire est un rotor, cet axe central correspond à l'axe de rotation du rotor. Lorsque le support annulaire est un anneau de support des pales d'un ensemble statique, cet axe central correspond environ à l'axe de symétrie de la forme globale de cet anneau.
Ces butées permettent de définir des angles de pales extrêmes .
Dans le cadre du mode de réalisation en hélice, cela permet d'éviter le risque que ces pales prennent des angles négatifs susceptibles d'inverser l'incidence du flux et donc le sens de propulsion. Cela permet également de diminuer voire d'éviter l'effet de succion qui naît entre les pales au démarrage du dispositif. En effet, chaque pale génère des perturbations de traînée qui restent dans le sillage de celle- ci. Or, au démarrage du dispositif, le flux de fluide principal à même de chasser ces perturbations en aval de la propulsion est inexistant. La dégradation occasionnée par ces perturbations peut être telle que les pales peuvent osciller. Leur angle d'attaque moyen est alors inconstant, ce qui diminue le rendement du dispositif. Les butées permettent d'assurer un angle d'attaque plus important au démarrage du dispositif, notamment du propulseur, afin de sortir au plus vite de la phase transitoire en instaurant le flux d'eau principal .
Le placement des butées dans des logements à l'intérieur du support annulaire, permet une grande compacité du système. La forme annulaire du support des pales, et de plus dans le cadre d'un rotor le fait qu'il entraine circonférentiellement l'hélice formée par les pales, facilite l'intégration de ces logements .
Selon une réalisation de l'invention, l'arbre de rotation d'au moins une pale, voire de toutes les pales, peut également être relié au support annulaire via un moyen élastique, notamment un ressort. Egalement ou alternativement, dans les cas où les pales sont reliées via des arbres de rotation, l'arbre de rotation d'au moins une pale, voire de toutes les pales, peut également être relié au support annulaire via un amortisseur rotatif, notamment un palier de guidage en rotation au niveau d'une surface du support annulaire, notamment générant une force de frottement s 'opposant à la rotation de l'arbre de rotation. La force de rappel du ressort et/ou de l'amortisseur associée aux forces hydrodynamiques, notamment la portance et la traînée auxquelles les pales sont soumises, permet un ajustement des pales montées libres en rotation, celles-ci adoptant ainsi un angle d'attaque optimal et sans oscillations. Le ressort peut être contraint afin d'imposer une position initiale stable, contre une butée, ou encore afin d'obtenir une force de rappel plus stable relativement à l'orientation de la pale. Selon une réalisation de l'invention, chacune des pales peut présenter un vrillage total compris entre 1 et 20°, notamment environ 10°. Par vrillage total, on entend l'angle formé par la corde de la pale au niveau de son sommet et la corde de la pale au niveau de sa base, projetées orthogonalement dans un plan ayant pour normale la radiale commune aux deux cordes. Dans le cas des réalisations où la pale est reliée au support annulaire par une liaison pivot, ce plan peut être un plan orthogonal à l'axe de rotation de la pale. Dans le cas des réalisations avec moyens coulissants coopérant avec une glissière courbée, ce plan peut être un plan orthogonal à l'axe de courbure selon l'une des positions de cet axe, par exemple l'axe de courbure de la courbe de la glissière au niveau de l'une des extrémités de la fente.
En effet, il est connu que les pales fonctionnent de manière optimale à un unique point de fonctionnement pour lequel les pales sont vrillées de façon optimale. Par point de fonctionnement, on entend un fonctionnement à une vitesse d'avance donnée et à une vitesse de rotation de l'hélice donnée, la vitesse d'avance donnée étant caractérisée par la vitesse du flux principal amont du fluide. L'angle de pale optimal formé par la corde de la pale et le plan du support annulaire n'est en effet pas le même le long d'une pale en se rapprochant du centre du support annulaire. Bien que la pale soit toujours équilibrée du point de vue du moment mécanique, en dehors du point de fonctionnement, plus le vrillage est important, moins l'angle d'incidence le long de l'axe est maîtrisé, grevant ainsi le rendement. La solution proposée, à savoir un vrillage optimal des pales compris entre 1° et 20°, permet de limiter ces effets. Cette réalisation de l'invention est rendue possible grâce à l'agencement circonférentiel de l'entraînement, et notamment par le fait que les zones les plus efficaces des pales sont aussi les zones de moindre vrillage, à savoir les zones de plus grand diamètre.
Selon une réalisation de l'invention, il est possible d'obtenir ce vrillage optimal tout en limitant la hauteur des pales. En effet, le vrillage optimal est d'autant plus fort que l'on se rapproche du centre de l'hélice, ou du centre de l'anneau fixe de l'ensemble statique.
Selon une réalisation de l'invention, notamment mais non nécessairement avec le vrillage optimal précédemment évoqué, la distance comprise entre l'axe central du support annulaire et le sommet de chaque pale est supérieure ou égale à 15% du rayon intérieur du support annulaire, le rayon intérieur du support annulaire correspondant à la distance entre son centre et sa surface intérieure. Cela permet de limiter le vrillage total et ses effets négatifs hors du point de fonctionnement.
Un avantage du dispositif selon l'invention est qu'il permet l'utilisation efficace de pales légères. Ainsi selon une réalisation de l'invention, les pales sont dans un matériau plus léger que l'acier. On diminue ainsi la consommation du dispositif, lorsque c'est un propulseur, et on augmente sa production, lorsque c'est un générateur. Par exemple, le matériau des pales peut être un matériau composite comprenant des fibres de verre et une résine époxyde, ou encore comprenant des fibres de carbone et une résine époxyde. II est possible de surmouler ce matériau autour d'une âme métallique, notamment en acier inoxydable. L' entretoise peut également être réalisée en acier inoxydable.
Selon une réalisation de l'invention, le sommet des pales est libre. Les pales sont par exemple reliées seulement au support annulaire, notamment seulement par leur base. Le dispositif présente donc une zone centrale vide séparant l'ensemble des sommets des pales. On améliore davantage l'efficacité en limitant les perturbations hydrodynamiques. Notamment dans les cas où le dispositif est dépourvu de moyeu central, cette réalisation est facilitée. Dans ces cas, cette absence de moyeu central se justifie d'autant plus que le moyeu central ne présente généralement aucune utilité d'un point de vue hydrodynamique.
Selon une réalisation de l'invention, au moins une pale tourne autour d'un axe, la pale étant décalée par rapport à cet axe de manière à ce que pour au moins une section de la pale selon son épaisseur, la plus petite distance de la corde de cette section à l'intersection de cet axe et du plan de cette section est supérieure à la moitié de la dimension de la corde de cette section. On considère la longueur de la pale comme la distance entre son sommet et sa base, la largeur comme la corde, soit la distance entre son bord d'attaque et son bord de fuite, et l'épaisseur l'autre dimension, notamment perpendiculaire à la largeur et la longueur. Ce déport permet un auto-ajustement des pales plus efficace. Cette réalisation peut s'appliquer à plusieurs pales, voire à toutes les pales.
A noter que dans le paragraphe précédent et dans le présent texte, la section d'une pale est considérée en coupant à un endroit donné, entre sa base et son sommet, par un plan de coupe minimisant l'épaisseur maximale du profil de la section obtenue et de manière à ce que la corde soit comprise dans un plan perpendiculaire à un axe partant du bas de la pale jusqu'au sommet de celle-ci. Dans les réalisations selon lesquelles la pale est reliée au support annulaire par une liaison pivot, cet axe correspond à l'axe de rotation de la pale. Dans les réalisations selon lesquels la pale est reliée via des moyens coulissant coopérant avec une glissière courbée, cet axe correspond à l'axe de courbure selon l'une des positions de cet axe, par exemple l'axe de courbure de la courbe de la glissière au niveau de l'une des extrémités de la fente . A noter, que l'agencement en anneau, que ce soit la transmission circonférentielle pour entraîner les pales en rotation ou que ce soit l'anneau de support d'un ensemble statique, facilite les réalisations avec un grand déport des pales par rapport à leur axe de rotation.
Pour chaque section de la pale entre sa base et son sommet, on peut définir une épaisseur maximale et un point de mèche au milieu de cette épaisseur. L'ensemble des points de mèche de ces sections sur l'ensemble de la pale forme un axe courbe ou rectiligne et est appelé axe de mèche.
Selon une réalisation de l'invention, et plus précisément du mode de réalisation en hélice, le dispositif est mû et/ou récupère de l'énergie par un moteur et/ou générateur électrique comprenant le rotor et le stator électrique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée des exemples non limitatifs qui suivent, pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés, parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie selon un exemple de réalisation du mode de réalisation en hélice selon l'invention ;
la figure 2 est une vue en perspective de certains éléments de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue en perspective de d'une pale et d'un élément de jonction d'un dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie selon l'invention, notamment celui illustré en figure 1 ;
- la figure 4 est une représentation schématique des éléments de la figure 3 vue de dessus, avec les forces et les moments de force s' appliquant dessus ; - la figure 5 représente une coupe d'un support annulaire vue de face ;
- les figures 6a et 6b sont des représentations schématiques de l'agencement d'un élément de jonction dans le dispositif selon l'invention, selon deux réalisations différentes ;
la figure 7 est un schéma explicatif pour illustrer le vrillage optimal théorique des pales selon leur agencement dans le dispositif selon l'invention ;
- la figure 8 est une représentation schématique du vrillage total d'une pale selon l'invention ;
- la figure 9 est une vue de détail de la figure
2 ;
- la figure 10 est une vue de détail de la figure 9 selon une réalisation de l'invention ;
la figure 11 est un schéma explicatif des effets de la réalisation illustrée en figure 9 ;
- la figure 12 est une représentation d'une pale selon une autre réalisation de l'invention ;
la figure 13 est un schéma explicatif et simplifié du fonctionnement du dispositif selon une réalisation de l'invention comprenant des pales articulées en rotation par une liaison pivot ;
- la figure 14 est une vue en coupe selon un plan P passant par la ligne AA' en figure 1 ;
- la figure 15 est une représentation analogue à celle de la figure 4 afin de représenter le couple généré par les forces inertielles s'appliquant sur une pale en rotation dans le cas d'un mode de réalisation en hélice ; les figures 16 et 17 sont des vues en perspective d'une pale montée sur un support annulaire selon une réalisation de l'invention ;
la figure 18 est un schéma combinant le mode de réalisation en hélice et le mode de réalisation en statique selon l'invention.
La figure 1 illustre un exemple d'un dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie 1 selon un exemple d'un premier mode de réalisation de la présente invention, ci- après mode de réalisation en hélice. Celui-ci comprend un arbre de fixation 3, destiné à le fixer à un élément extérieur, par exemple un navire ou une base fixe ou flottante d'une hydrolienne. L'arbre de fixation est entouré d'une carène 2 destinée par exemple à limiter les perturbations hydrodynamiques de l'arbre de fixation 3.
Plus particulièrement, mais de manière non limitative, le dispositif illustré est un propulseur de navire dont le groupe propulseur, comprenant le moteur électrique et l'hélice, est fixé par l'arbre de fixation 3. Dans cet exemple, l'arbre de fixation 3 est destiné à être agencé sur le navire, de manière à ce que le groupe propulseur soit immergé, lorsque le navire flotte .
A noter cependant que la présente invention ne se limite pas à des dispositifs immergés. Elle peut également s'appliquer à des hélices se mouvant dans d'autres fluides, par exemple dans l'air. Le dispositif selon l'invention peut donc être un dispositif de propulsion d'un aéronef ou d'un aéroglisseur, ou encore un dispositif de génération d'énergie d'une éolienne.
Le groupe propulseur est protégé par un carénage extérieur 4, relié à l'arbre de fixation 3. Ce groupe propulseur comprend un stator fixe 6 et un support annulaire 10 formant le rotor dans ce mode de réalisation en hélice. Ledit stator fixe 6 est destiné a être fixe par rapport à l'arbre de fixation 3, alors que le rotor 10 est entraîné en rotation par rapport audit stator fixe 6. Pour entraîner en rotation le rotor 10, le groupe propulseur comprend un stator électrique 6d solidaire dudit stator fixe 6.
Selon une réalisation de l'invention et tel qu'illustré, ledit stator fixe est un stator annulaire 6 et forme donc une bague à l'intérieur de laquelle le rotor 10 est monté mobile en rotation. Ce rotor 10 est également annulaire.
Par exemple, ledit stator annulaire 6 comprend sur sa face interne une glissière annulaire 7. Comme on peut le voir en figures 1, 2 et 14, le rotor annulaire 10 est en forme d'une couronne, dont les bords 12 sont maintenus dans la glissière.
Au milieu de la face interne de la couronne et entre ses bords 12, une marche annulaire 14 fait saillie en direction du centre 0 de la couronne formée par le rotor 10. Cette marche annulaire 14 glisse à l'intérieur de la glissière.
Par exemple et comme illustré en figure 14, le stator 6 comprend deux barillets 6a et 6b en vis-à-vis du centre 0 du rotor 10. Ils sont à distance l'un de l'autre, ce qui forme l'espace de la glissière 7 où se loge la marche annulaire 14 du rotor 10. Cette marche annulaire 14 est donc prise entre ces deux barillets statiques 6a et 6b.
Les bords 12 du rotor 10, portent des butées à billes 9a et 9b. Les butées à billes sont prises entre les bords des barillets statiques 6a et 6b et les bords de la marche annulaire 14 en vis-à-vis des bords de ces barillets statiques 6a et 6b. Le rotor 10 coulisse et tourne en étant guidé par ces butées à billes, portées d'un côté par les barillets 6a et 6b et de l'autre par les bords 12 du rotor 10.
Une carène 4 attenante aux barillets 6a et 6b forme l'enveloppe externe dudit stator annulaire 6 et lui confère sa forme adaptée pour diminuer les turbulences. Elle présente une ouverture en vis-à-vis du centre 0 du rotor 10, ouverture dans laquelle s'inscrivent les deux barillets statiques 6a et 6b et la marche annulaire 14 du rotor 10.
Ledit stator annulaire 6 comprend un stator électrique 6d formé par un anneau avec plusieurs pôles électriques. Par exemple, ce stator électrique 6d entoure le rotor 10. Ce stator électrique 6d composé de bobinages, eux-mêmes connectés à une alimentation électrique (non représentée) . Les changements de phases électriques appliqués audit stator électrique 6d entraînent la rotation du rotor 10 par rapport au stator électrique 6d, et donc audit stator annulaire 6 dans son ensemble.
La marche annulaire 14 est disposée entre les bords de l'ouverture de la glissière 7, et est ainsi accessible. Des pales 20 sont fixées sur cette marche annulaire 14. Ainsi, le rotor annulaire 10 va être apte à entraîner en rotation les pales 20, autour d'un axe de rotation 5 passant par ce centre 0 de la couronne. Le rotor est donc selon cet exemple de réalisation un support annulaire des pales.
Selon cet exemple et d'une manière plus générale selon l'invention, ces pales 20 forment donc une hélice à entraînement circonférentiel . Le cercle passant par la base des pales 20, à savoir l'extrémité de la pale fixée au rotor 10, est appelé cercle de l'hélice 8.
Selon une réalisation de l'invention cette hélice est à pas variable. Les pales 20 sont en effet montées libres en rotation sur la face interne du rotor annulaire 10. Ainsi, les pales peuvent s ' auto-aj uster grâce aux forces hydrodynamiques ou aérodynamiques résultant des écoulements du fluide autour de ces pales, notamment de l'eau dans l'exemple illustré.
La présente demande n'est cependant pas limitée aux hélices entraînées en rotation, mais s'étend également à des ensembles statiques portant des pales et recevant un flux de fluide .
Par exemple, tel qu'illustré en figure 18, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention appelé ci-après mode de réalisation en statique, le dispositif selon l'invention comprend :
une hélice rotative 301, dont la rotation entraine la propulsion d'un véhicule ;
- un ensemble statique 401 porteur de pales et en aval de l'hélice rotative 301.
L'hélice rotative 301 génère en aval un écoulement de fluide selon un mouvement en spirale, schématisé par la ligne de courant Fl, ayant un pas PI donné.
Pour diminuer les pertes d'énergies, l'ensemble statique 401 est placé en aval de l'hélice rotative 301. Cet ensemble 401 est dit statique car il est dépourvu d'un mouvement de rotation.
Cet ensemble statique 401 comprend des pales 20 auto-ajustables, telles que celles décrites dans la présente demande, portées par un support annulaire 410.
Le dispositif illustré en figure 18 est donc un exemple de réalisation du mode de réalisation en statique de l'invention. L'hélice rotative peut être à moyeu central, ou comme dans l'exemple illustré, une hélice à entraînement circonférent iel .
Selon l'exemple illustré, l'hélice rotative 301 est également à pales auto-ajustables, selon l'invention. Une pale auto-ajustable 20 de cette hélice rotative 301 est représentée. Pour des raisons de clarté, les autres pales ne sont pas représentées.
L'exemple illustré est donc également selon le mode de réalisation en hélice. Comme illustré, ces pales 20 auto-ajustables de l'hélice rotative 301 peuvent être par exemple agencées de manière à être en sens opposé des pales de l'ensemble statique 401.
En particulier, les caractéristiques des pales et de leur agencement sur leur support annulaire, et éventuellement de leurs éléments de jonction, décrits dans cette demande, notamment en référence aux exemples illustrés aux figures 3 à 8 et 12 à 14, et dans une certaine mesure aux figures 9 à 11, sont applicables tant pour les hélices rotatives que pour les ensembles statique des réalisations du dispositif selon 1 ' invention .
Dans le cas d'une hélice rotative, le support annulaire 10 des pales est un rotor d'un moteur électrique ou d'une turbine. Dans le cas d'une hélice statique, le support annulaire 10 des pales est un anneau fixe de support.
Dans l'exemple illustré en figure 18, les pales auto-ajustables 20, leur élément de jonction 30 et l'agencement de ce dernier sur le support annulaire des pales sont symétriques par symétrie planaire dans l'hélice rotative 301 et dans l'élément statique 401. Les mêmes références leur sont donc données.
Ainsi, les pales 20 de l'ensemble statique vont s'orienter librement sous l'effet des écoulements du fluide autour desdites pales, de manière à ce que les pales s ' auto-aj us tent .
Les pales 20 vont ainsi prendre l'orientation optimale pour redresser efficacement le pas de l'écoulement du fluide en aval de l'ensemble statique 401. Comme illustré en figure 18, après passage au travers de l'hélice statique 401, le fluide s'écoule selon un mouvement en spirale, schématisé par la ligne de courant F2 de pas P2 supérieur au pas PI de la ligne de courant Fl entre l'hélice rotative 301 et l'ensemble statique 401. L'ensemble du dispositif 300 perd ainsi moins d'énergie.
Pour faciliter la visualisation de la diminution de la composante rotationnelle du mouvement en spirale du fluide, on a facilité la comparaison des pas des lignes de courant Fl et F2 , en prolongeant artificiellement en figure 18 la ligne de courant Fl en aval de l'ensemble statique 401.
En effet, la partie rotationnelle du mouvement du fluide généré par l'hélice rotative 301 représente des pertes significatives d'énergie, car elle ne sert pas à la propulsion. Toute l'énergie absorbée par cette composante du mouvement découlant directement de la Traînée générée au niveau des pales 20 est donc perdue. En allongeant le pas P2 de la ligne de courant F2 en aval de l'ensemble statique 401, on diminue ainsi la partie rotationnelle du mouvement du fluide et améliore donc la performance du dispositif 300.
La combinaison d'une hélice rotative et d'un ensemble statique selon l'invention est particulièrement intéressante, dans la mesure où le mouvement du fluide en forme de spirale, schématisé par la ligne de courant Fl sortant de l'hélice rotative 301, notamment son pas PI, va varier selon l'orientation des pales 20 en fonction du régime du dispositif 300. L'ensemble statique 401 comprenant dans ce cas également un jeu de pales 20 auto-ajustables, ces dernières vont s ' auto-adapter à l'écoulement de fluide provenant de l'hélice rotative 301. Selon une réalisation de l'invention non représentée, il est également possible, si l'on considère que le pas des lignes de courant sortant de l'ensemble statique est toujours trop serré, d'ajouter un ou plusieurs ensembles statiques supplémentaires en aval .
Selon une réalisation de l'invention, notamment tel qu'illustré en figure 18, les supports annulaires 10, à savoir le rotor 310 et l'anneau fixe 410, sont parallèles. Par exemple, l'axe de rotation 305 du rotor 310 et l'axe central 405 de l'anneau fixe 410 sont c o ax i aux .
Les pales 20 de l'ensemble statique 401 n'ont pas nécessairement la même incidence d'équilibre que celles de l'hélice rotative 301. Selon une réalisation de l'invention, leurs décalages par rapport à leur axe de rotation ou à leur axe de courbure respectifs peuvent différer de manière à ce que les pales 20 auto¬ ajustables de l'ensemble statique 401 présentent une meilleure portance, et les pales 20 de l'hélice rotative 301 une meilleure finesse.
Selon une réalisation du mode de réalisation en hélice et/ou du mode de réalisation en statique, pour améliorer la capacité des pales 20 à s ' auto-aj uster, ces pales 20 sont déportées par rapport à l'axe de rotation 21 autour duquel elles tournent. Dans cet exemple, chaque pale est fixée à un arbre de rotation 32 via un élément de jonction formé par une entretoise 30. L'arbre de rotation 32 est monté libre en rotation sur lui-même dans un orifice du rotor annulaire 10, 310, et/ou ou de l'anneau fixe 10, 410 dans le cadre du mode de réalisation en statique, soit en rotation autour de l'axe de rotation des pales 21, correspondant à l'axe central longitudinal de cet arbre de rotation 32. A noter que dans ces exemples, en figures 1 et 18, l' entretoise 30 est une pièce distincte de la pale correspondante 20 et de l'arbre de rotation correspondant 32. Cependant l'invention n'est pas limitée à cette réalisation et s'étend à un élément de jonction formé en une seule pièce avec la pale et/ou l'arbre de rotation.
La figure 3 illustre plus en détails ces éléments. L' entretoise 30 est une barre, éventuellement légèrement cintrée, s' étendant essentiellement en longueur. Elle présente une longueur « L » au moins deux fois supérieure à sa largeur « 1 » et au moins quatre fois supérieure à son épaisseur « e ». Sur l'exemple illustré, la longueur « L » est au moins quatre fois supérieure à la largeur « 1 », cette dernière étant au moins quatre fois supérieure à son épaisseur « e ».
L' entretoise 30 est fixée à une de ses deux extrémités à la base 24 de la pale 20, et à l'autre extrémité à l'arbre de rotation 32.
La pale 20 s'étend entre deux extrémités, à savoir depuis sa base 24 jusqu'à son sommet 26. Le sommet 26 de chaque pale 20 est libre, à savoir qu'il n'est pas fixé à d'autres éléments, la pale n'étant liée au support annulaire 10, qu'au niveau de sa base 24. L'hélice formée par les pales 20 est donc dépourvue de moyeu central. On observe ainsi une zone centrale autour du centre 0 du support annulaire 10, à savoir le rotor ou l'anneau fixe, dépourvue de tout élément du dispositif. Le flux d'eau peut donc circuler au travers de l'hélice avec moins de perturbations.
En propulsion, chaque pale 20 comprend une surface active 22 orientée à l'opposé de l'axe de rotation 21. Cette surface active est appelée extrados de la pale. Elle subit une dépression plus forte que la surface opposée de la pale, générant ainsi une force de propulsion. La pale 20 fend le fluide par son bord d'attaque 25, reliant la base 24 au sommet 26, à l'amont de la pale. A l'opposé de ce bord d'attaque, la pale 20 comprend un bord de fuite 28, donc à l'aval de la pale. Pour chaque section de la pale de la base 24 au sommet 26, on peut définir une ligne s' étendant selon la largeur de la pale, cette ligne s' appelant la corde. La figure 3 illustre la corde 29 d'une section de la pale dans un plan au niveau de sa base 24.
Pour chaque section de la pale de la base 24 au sommet 26, on peut également définir une épaisseur maximale et un point de mèche au milieu de cette épaisseur. L'ensemble des points de mèche de ces sections sur l'ensemble de la pale 20 forme un axe courbe ou rectiligne, appelé axe de mèche 27.
La figure 12 montre une autre forme de réalisation de la pale et de son élément de jonction. Dans cette réalisation, l'élément de jonction, comprend une âme 130b, par exemple en acier, dont l'une des extrémités est fixée à l'arbre de rotation 32. Une carène 130a de l'élément de jonction est surmoulée sur l'autre extrémité de l'âme 130b. Cette carène 130a comprend un coude relié à la base 124 de la pale 120. Dans cet exemple la pale 120 et cette carène 130a sont venues de matière en une seule pièce, et forment donc un élément monobloc surmoulé sur l'âme 130b. L'élément de jonction est donc formé par cette âme 130b et cette carène 130a de l'élément de jonction.
La carène 130a peut comprendre un profil agencé de manière à limiter les turbulences au niveau de l'élément de jonction. Sur l'exemple illustré, elle ne recouvre qu'une partie de l'âme 130b. Néanmoins, selon certaines réalisations, non représentées, la carène peut envelopper la majorité, voire l'intégralité, de l'élément de jonction.
Les rapports de longueur L, largeur 1, et épaisseur e, peuvent cités précédemment, peuvent également s'appliquer à cette réalisation de pale 120 et d'élément de jonction 130a/130b.
La pale 120 comprend également un sommet 126 libre. Un bord d'attaque 125 et un bord de fuite 128 joignent la base 124 au sommet 126.
La figure 4 illustre la répartition des forces et des moments de forces sur ces différents éléments, lorsque le rotor 10 est en rotation dans le stator 6, dans le cadre du mode de réalisation en hélice, et/ou lorsque les pales 20 portées par l'anneau fixe 10 reçoivent un flux en provenance de l'hélice rotative, dans le cadre du mode de réalisation en statique .
De manière connue, chaque section prise le long de la pale se déplace relativement au fluide avec une incidence a, de sorte que le déplacement de chaque pale 20 dans le fluide génère une force appelée portance P. C'est cette portance P qui permet la propulsion ou la génération d'énergie. Concurremment à cette portance P, une force est générée sur la pale 20, cette force étant appelée traînée T. Les sections peuvent avoir un profil dissymétrique, destiné à optimiser la portance P et réduire la traînée T.
Selon une réalisation de l'invention, le déport de la pale 20 par rapport à son axe de rotation 21, notamment au moyen de 1' entretoise 30, permet la génération sur l'arbre de rotation 32 de moments résultants de ces forces de portance P et de traînée T, respectivement un moment de portance MP et un moment de traînée MT .
La pale 20 étant libre en rotation, celle-ci va tourner autour de son axe de rotation 21, jusqu'à trouver une position d'équilibre par rapport à ces forces de portance P et de traînée T et de ces moments MP et MT . Cette position d'équilibre correspondra à un angle d'attaque a optimal de la pale par rapport à la direction d'écoulement 23 des lignes de fluide sur la pale 20. Cet angle d'attaque a optimal correspond à l'angle que fait la corde de la pale avec cette direction d'écoulement 23 des lignes de fluide, lorsque la pale est dans une position optimale.
Ainsi, dans le cadre d'une hélice rotative, quel que soit la vitesse de rotation du rotor 10 ou 310, selon le mode de réalisation en hélice et/ou selon le mode de réalisation en statique, chaque pale 20 de cette hélice rotative prendra l'orientation la plus optimale pour le rendement de la propulsion ou de la génération. Ce dispositif est ainsi efficace même en dehors du point de fonctionnement du propulseur, tant à bas régime, notamment au démarrage, qu'à plein régime et sur toutes les vitesses d'avance intermédiaires .
De même, dans le cadre d'un ensemble statique 401, chaque pale 20 de cet ensemble statique 401 prendra l'orientation la plus optimale pour le rendement de la propulsion, en fonction du flux reçu par l'hélice rotative 301.
Différentes conceptions des pales peuvent être appliquées notamment quant à leur profil, ou quant à l'emplacement de leur liaison avec l'élément de jonction.
Notamment tel qu'illustré en figure 4, la section d'une pale 20 est considérée en coupant à un endroit donné, entre sa base 24 et son sommet 26, par un plan de coupe minimisant l'épaisseur maximale du profil de la section obtenue, par exemple perpendiculairement à son axe de mèche 27.
Selon un exemple de réalisation, un premier critère utilisé pour la conception des pales 20 est celui de l'angle d'incidence, ou angle d'attaque a, des sections de pale. Cet angle d' incidence pourra être choisi important pour maximiser la portance P, ou plus faible pour diminuer la traînée T. Cet angle d'attaque a peut par exemple être compris entre 1 à 30°. Dans l'exemple illustré, cet angle a se situe autour de 6°. Un deuxième critère pouvant être considéré dans cet exemple, est celui du profil de la pale 20. Selon un exemple de réalisation, tel que celui illustré, le profil de la section de la pale 20 a les caractéristiques suivantes :
- Epaisseur maximale = 8%
- Position de l'épaisseur maximale De= 35%
- Rayon du bord d'attaque 25 = 1%
- L' intrados 22bis est rectiligne
où « C » est la dimension de la corde dans la section donnée, la corde étant la ligne droite entre le bord d'attaque et le bord de fuite,
où les pourcentages sont des pourcentages par rapport à la dimension de la corde C,
où l'épaisseur maximale est prise perpendiculairement à la corde,
où la position de l'épaisseur maximale est définie en partant du bord d'attaque,
où le rayon du bord d' attaque est la courbure du bord d'attaque dans le plan de la section.
Concernant le déport de la pale 20 par rapport à son axe de rotation 21, et donc par rapport à l'axe longitudinal de l'arbre de rotation 32, si l'on considère la plus petite distance Dy de la corde 29 de la section considérée à l'intersection de l'axe de rotation 21 de la pale et du plan de cette section, on peut choisir un déport tel que cette distance Dy est supérieure à la moitié de la dimension de la corde 29. Cette disposition de l'axe de rotation relativement à la pale à laquelle il est associé est rendue possible grâce à l'agencement circonférentiel de l'entraînement.
L'avantage de cet exemple de réalisation est que la somme du moment de traînée MT et du moment de portance MP varie d'autant plus rapidement avec l'angle d'incidence a que cette distance Dy, mentionnée au paragraphe précédent, est grande. Ainsi on stabilise la position de la pale autour de son incidence idéale même dans de faibles vitesses de flux.
Pour la section considérée, il est également possible de considérer le décalage entre le bord d'attaque 25 et l'axe de rotation 21. Pour cela, on peut choisir un repère orthonormé, avec l'axe des abscisses x le long de la corde 29, et avec l'axe des ordonnées y perpendiculaire à celui des abscisses x et croisant ce dernier au bord d'attaque 25 de cette section. Ce décalage peut être considéré comme l'abscisse Dx de l'axe de rotation 21 dans ce repère. Selon un exemple de réalisation, Dx est limité dans ses valeurs positives à 0,35 fois la corde.
Selon un exemple de réalisation, on ajuste le rapport Dy/Dx pour avoir un angle d'incidence a optimal entre 1° et 30°. On peut également utiliser l'équation suivante :
Dy (%) = A. Dx (%) + B
où Dy(%) et Dx(%) sont les caractéristiques précédemment évoquées, exprimées en pourcentages par rapport à la dimension de la corde ;
où A & B sont des constantes pour chaque profil de section et chaque angle d'incidence a optimal de la section de la pale.
Dans l'exemple illustré, les constantes sont les suivantes :
A = 14 ; B = -4
Ainsi, on obtient les valeurs suivantes :
Dx(%) = 22%, Dy(%) = -92%
Il est également possible de tenir compte du centre de gravité de la pale 20 et des effets d'inertie produits par la masse de la pale en rotation autour de l'axe d'hélice 5. La figure 15 est un schéma reprenant globalement celui de la figure 4, mais en ne laissant apparaître que ces grandeurs. Dans le cas d'une hélice rotative, les pales 20 sont entraînées en rotation selon un sens R, et le flux incident relatif à la pale est selon le flux incident F.
Selon la masse de pales utilisées et l'ordre de grandeur des effets d'inertie dus à la mise en rotation ou à l'intensité des flux reçus, l'intégration de ces effets d'inertie dans le calcul de l'équilibre, notamment cité plus haut, peut donner de meilleurs résultats.
La force d'inertie I sur la pale découle de l'accélération centripète du mouvement rotatif, générant un moment d'inertie M∑ à l'axe de rotation 21.
Si par rapport au plan 405' contenant à la fois l'axe 5, 305, 405, du support annulaire 10 et l'axe de pivotement de la pale 20 auto-ajustable, le centre de gravité G de la pale 20 se trouve en aval, relativement à l'écoulement du fluide localement par rapport à la pale selon le flux incident F, les effets d'inerties auront tendance à ouvrir l'angle d'incidence, et vice-versa. On peut donc choisir le profil de la pale de manière à avoir le centre de gravité de la pale d'un côté ou de l'autre de ce plan 405', et plus ou moins proche de celui-ci, de manière à avoir à l'équilibre un angle d'incidence donné à un régime donné, notamment à plein régime.
Selon les conditions de fonctionnement optimales souhaitées, on pourra ainsi trouver un équilibre plus adapté.
Pour assurer la robustesse du système, l'arbre de rotation 32 peut être monté sur deux paliers 38a et 38b, par exemple radialement de part et d' autre de la couronne formée par le support annulaire 10, 310, 410, à savoir formée par le rotor 10, 310 ou l'anneau fixe 410, selon le mode de réalisation concerné. Par exemple, comme illustré en figure 5, le support annulaire 10 présente un conduit de passage 15, s' étendant radialement et débouchant sur la face intérieure lia du support annulaire et de l'autre coté sur la face extérieure 11b du support annulaire. Les paliers 38a et 38b sont insérés en force dans le conduit de passage 15. L'arbre de rotation 32 est logé dans ce conduit 15 et en dépasse de part et d'autre ; il dépasse également de part et d'autre de chaque palier 38a et 38b. Ainsi les efforts principaux générés par la pale, à savoir les efforts orthogonaux à l'axe de rotation 21, sont repris par ces deux paliers. Cela est applicable également à un anneau fixe d'ensemble statique, où dans ce cas la référence 10 désigne l'anneau fixe.
Selon un exemple de réalisation, un appui plan 37 est formé à une extrémité de l'arbre de rotation 32 fixée à 1' entretoise 30. Dans cet exemple, la surface de l' entretoise 30 en vis-à-vis du support annulaire 10 va faire office d'appui plan sur la face interne du support annulaire 10 fournissant ainsi un premier blocage en translation selon l'axe de rotation 21. A l'autre extrémité de l'arbre de rotation 32, sur l'extérieur du support annulaire 10, est formé un autre appui plan 37. Ce dernier fournit le second blocage en translation, dans l'autre direction. Il prend par exemple la forme d'une rondelle 33 ou d'une bague traversée par cet arbre 32 et fixée à lui. On peut encore utiliser des circlips, s' emboîtant de manière élastique sur l'arbre de rotation 32. Cet appui plan peut être en appui direct sur la face extérieure du support annulaire 10. En revanche dans l'exemple illustré, l'appui plan 37, en particulier la rondelle 33 est en appui contre le fond d'un logement 16, que présente le support annulaire sur sa face extérieure. Le support annulaire 10 est ainsi pris en sandwich radialement entre les deux appuis plans 37.
Pour améliorer davantage le dispositif et permettre des débattements plus grands de chaque pale 20 autour de son arbre de rotation 32, on peut prévoir des agencements particuliers de l' entretoise 30 de manière à permettre à celle-ci de passer sous la couronne formée par le support annulaire 10. Ainsi, les pales 20 peuvent passer de chaque côté du support annulaire 10, à savoir de chaque côté d'un plan orthogonal à l'axe central 5, 305, 405, du support annulaire 10, ce plan passant par le centre 0 de la couronne formée par le support annulaire 10. Dans le cadre du mode de réalisation en hélice, cet axe central correspond à l'axe de rotation 5, 305, du rotor 10, 310.
Les figures 6a et 6b illustrent schématiquement deux variantes de réalisation des agencements visés au paragraphe précédent. En figure 6a, l'entretoise 30 est cintrée. Elle présente un rayon de courbure local inférieur au rayon intérieur du support annulaire 10. En figure 6b, l'entretoise 30 est rectiligne mais fait un angle avec l'arbre de rotation 32 supérieur à 90° et présente une longueur L telle qu'elle peut passer sous le support annulaire 10. Dans les deux cas, la pale 20 peut donc passer sous le support annulaire 10. Le cintrage, tel qu'illustré en figure 6a, permet de générer moins de perturbations dans le fluide que la variante de réalisation illustré en figure 6b.
Chaque pale 20 peut être droite, c'est-à-dire présenter des sections dont les cordes sont toutes parallèles entre elles et contenues dans un même plan sur toute sa longueur, soit de sa base 24 jusqu'à son sommet 26. Cependant selon la position sur la longueur de la pale, par exemple entre une position plus proche de l'extérieur de l'hélice, c'est à dire vers le rotor 10, et une position plus proche de l'axe de rotation 5 de l'hélice, les vitesses tangentielles de rotation par rapport à l'axe de rotation de l'hélice 5 seront différentes. Par conséquent, les vitesses apparentes des écoulements locaux relativement à chaque pale, qui résultent de la vitesse tangentielle de rotation autour de l'axe 5 et de la vitesse axiale des écoulements selon l'axe d'hélice 5, seront également différentes, en valeur et en direction. Il s'ensuit que l'angle de pale optimal n'est pas le même selon la position le long de la pale 20. Sur une pale droite, bien que celle-ci s'équilibre et s ' auto-aj uste comme expliqué précédemment, l'angle d'incidence ne sera pas optimal sur toute la longueur de la pale en dehors de la configuration transitoire du démarrage. Le même problème se retrouve sur des pales montées sur l'anneau fixe d'un ensemble statique 401.
Pour améliorer cela, chaque pale 20 peut présenter un vrillage, à savoir que son profil varie de telle manière que les cordes de différentes sections de la pale forment un angle entre elles. Cela est illustré en figures 7 et 8.
La figure 7 montre de manière schématique une pale 20 exagérément agrandie. Trois sections ont été illustrées. La première section correspond à la section de la base 24 de cette pale 20. La deuxième section correspond à une section du sommet 26 de cette pale 20. Entre les deux, est représentée une troisième section située à une position intermédiaire de la pale. Chacune de ces sections est soumise à une vitesse d'avance Vd constante du fait du déplacement de l'objet propulsé ou du fait du courant reçu par le générateur. En revanche, la vitesse tangentielle Vt est différente et va en décroissant plus on s'éloigne de la base 24 et plus on se rapproche de l'axe de rotation 5 de l'hélice. De ce fait, les vitesses apparentes Va des pales 20 au niveau de chaque section, vont en décroissant en s' approchant de l'axe de rotation 5 de l'hélice. L'angle de pale optimal n'est pas le même pour chacune de ces sections. Dans cette réalisation, le vrillage est tel que les sections sont agencées de manière à ce que leur angle de pale soit optimal, conservant ainsi un angle d'attaque constant et optimal. Comme on peut le voir en figure 7, l'angle de pale optimal augmente le long de la pale 20 en s'éloignant de la base 24 de la pale vers son sommet 26. La figure 7 s'applique à une hélice rotative, la flèche courbée représentant la direction de rotation. Néanmoins, celle-ci peut être transposée à un ensemble statique. Dans ce cas, la flèche représente la rotation fictive qu'aurait l'ensemble statique si l'on considérait son flux amont relatif comme étant rectiligne et dirigé vers l'aval selon l'axe de symétrie du support annulaire fixe. De même l'axe 5, correspond à un axe de rotation fictive, et en réalité est l'axe central de l'anneau fixe.
La figure 8 représente les première et deuxième sections superposées. L'angle β entre les cordes 29 et 26bis de ces sections, donc respectivement de la base 24 et du sommet 26, correspond au vrillage total de la pale 20. Selon des réalisations de l'invention, ce vrillage total de la pale peut être compris entre 1 et 20 degrés. Selon un exemple de réalisation, celui-ci est d'environ 10 degrés.
Selon une réalisation de l'invention, telle qu'illustrée en figure 9, l'arbre de rotation 32 est mobile entre deux butées 17 et 18 du support annulaire 10. Par exemple, le support annulaire 10 comprend un logement 16 dans lequel débouche le conduit de passage 15 de l'arbre de rotation 32. Le logement 16 comprend un fond avec lequel coopère un des appuis plans 37 supportant l'arbre de rotation 32 sur le support annulaire 10. De ce fond 16, partent deux butées 17 et 18, par exemple des parois du logement perpendiculaires à ce fond 16. L'arbre de rotation 32 comprend un élément, par exemple un tenon 34 perpendiculaire à cet arbre de rotation 32, qui pourra entrer appui contre l'une ou l'autre des butées, 17 ou 18, selon l'orientation conférée à l'entretoise 30 par la pale 20. On a ainsi limité la rotation de la pale 20.
A noter que les figures 9 à 11 sont applicables au mode de réalisation en hélice. Les figures 9 à 11 sont également transposables au mode de réalisation en statique, avec les différences suivantes : - l'anneau fixe formé par le support annulaire 10 ne comprend pas de glissière 14 pour glisser dans un stator,
- la rotation RP est une rotation fictive qu'aurait l'ensemble statique si l'on considère son flux amont relatif comme étant rectiligne et dirigé vers l'aval selon l'axe de symétrie du support annulaire fixe.
Dans le cadre d'une hélice rotative selon l'invention et comme représenté schématiquement vue du dessus en configuration transitoire de démarrage dans la figure 11, où RP représente la direction de rotation du rotor 10 en propulsion, l'une des butée 18 et le tenon 34 sont agencées de manière à ce que lorsque le tenon 34 est en butée, la base 24 de la pale 20 présente une incidence Ib nulle par rapport aux lignes de flux, ou filets de fluide, et à ce que le sommet 26 de la pale 20 présente une incidence Is positive par rapport aux lignes de flux.
Cette butée 18, forme une butée de démarrage 18, car elle est placée de manière à imposer un angle d' incidence nul ou positif au démarrage en instaurant un flux principal selon l'axe de rotation 5. Ceci permet de sortir au plus vite de la phase transitoire, au cours de laquelle le phénomène de succion d'une pale à l'autre est prépondérant. Après la phase de démarrage, une fois qu'un courant d'avance minimal est établi, les pales 20 se décollent de cette butée de démarrage 18 grâce à leur caractéristique d'auto-ajustement. L'agencement de la butée de démarrage 18 peut-être choisi de manière à ce que l'angle d'incidence au démarrage sur la base 24 de la pale 20 soit compris entre -5° et +20°. L'angle d'incidence sur le sommet 26 de la pale sera plus fort en raison du vrillage de la pale 20. Par exemple, cet angle d'incidence au démarrage sur la base 24 de la pale 20 est de 6° .
En génération d'énergie, le rotor 10 tournera dans l'autre sens. La pale 20 passera alors de l'autre côté du rotor.
Pour optimiser davantage l'orientation des pales 20, et tel qu'illustré en figure 10, un ressort 35 peut être fixé entre l'arbre de rotation 32 et le rotor 10. Sur cet exemple, le ressort 35 est fixé d'une extrémité à une paroi du logement 16 et de l'autre au tenon 34. Il peut s'agir comme illustré d'un ressort à spires, dont les spires sont enroulées autour de l'arbre de rotation 32. Ainsi la rotation de l'arbre 32 va entraîner une variation de la contrainte du ressort 35.
La figure 13 illustre le comportement d'une pale 20 selon la rotation de l'arbre 32. La pale 20 est représentée dans différentes positions. Ainsi, dans le cas d'un mode de réalisation en hélice, lorsque le rotor 10 est entraîné dans le sens de rotation RG pour la régénération, par exemple par le courant d'eau, la pale 20 s'oriente d'elle-même en une position comprise dans un secteur SG, selon les mêmes principes d'auto-ajustement que pour la propulsion, précédemment évoqués, notamment par rapport à la figure 11. L'entraînement du rotor 10 dans le stator 6 par le courant de fluide, va entraîner la génération d'un courant électrique, récupéré de manière classique au niveau du stator électrique 6d.
A vitesse de rotation nulle, la pale 20 s'orientera d'elle-même selon une position Po, dans laquelle son bord d'attaque est face au flux d'avance A. On dit que la pale se met en drapeau. Tout en restant face à ce sens, la pale 20 peut néanmoins conserver un angle d'attaque moyen, par exemple 6° .
Pour passer en mode de propulsion, une alimentation électrique est appliquée aux bobines du stator électrique 6d de manière à entraîner la rotation du rotor 10 dans un sens RP. Cela va générer la poussée du fluide et donc la propulsion .
La pale 20 va alors commencer à s'orienter d'elle-même, entraînant la rotation de l'arbre de rotation 32, et le rapprochement du tenon 34 de la butée 18. La pale 20 va passer de l'autre côté du rotor 10, puis s'en écarter progressivement, jusqu'à atteindre une position PP, définissant le début d'un secteur de propulsion SP, où la propulsion débute. Plus la vitesse de rotation augmentera et plus le tenon 34 se rapprochera de la butée 18, jusqu'à buter sur elle, la pale ayant alors une position de butée en propulsion P18.
On obtient ainsi une variante du mode de réalisation en hélice permettant de faire fonctionner le dispositif selon l'invention autant comme propulseur que comme générateur d' énergie .
Selon une réalisation de l'invention, applicable tant à une hélice rotative selon le mode de réalisation en hélice de l'invention qu'à un ensemble statique selon le mode de réalisation en statique, les pales auto-ajustables peuvent être guidées en coulissement le long du support annulaire.
Les figures 16 et 17 illustrent un exemple de cette réalisation. Chacune des pales 220 comprend une base 224 et un sommet 226. La base 224 est reliée à deux tiges 231, 232, formant deux coulisseaux aptes à coulisser dans une fente 215. Cette fente 215 est courbée et traverse le support annulaire de sa face intérieure 211a à sa face extérieure 211b.
Selon une réalisation de l'invention, sur chaque tige 231, 232, sont logés deux rouleaux successifs 233, 234, traversés par les tiges correspondantes. Ces rouleaux 233, 234, sont bloqués en translation le long de la tige 231, 232, les portant, mais sont libres en rotation autour de celle-ci. Les tiges 231, 232, et les rouleaux 233, 234, sont agencés de sorte que les rouleaux soient logés dans la fente 215. Les tiges étant également bloqués en translation selon leur axe longitudinal, et pouvant glisser le long de la fente, les rouleaux vont pouvoir rouler contre les parois internes de la fente. Il est ainsi créé un contact roulant entre les tiges et les parois de la fente 215, ce qui diminue la friction du mouvement .
Chaque tige 231, 232, est reliée par l'une de ses extrémités à la base de la pale 220, une partie de la tige traverse la fente 215. La première tige 231 est plus proche du bord d'attaque de la base de la pale 220 et la deuxième tige 232 est plus proche du bord de fuite de la base de la pale 220.
La fente 215 forme une glissière courbée présentant une courbure définissant un mouvement local de la pale 220 autour d'une position définie par un axe, dit axe de courbure 221. Cet axe défini localement un axe de rotation avec un rayon de courbure .
Selon une réalisation non représentée de la forme donnée à la courbure, ce rayon de courbure local peut être constant, permettant ainsi la réalisation d'un mouvement circulaire de la pale autour de l'axe, qui devient ainsi l'axe de rotation de la pale. La pale est ainsi déportée par rapport à son axe de rotation mais pas par rapport au support annulaire.
Selon une autre réalisation, représentée en figures 16 et 17, ce rayon de courbure local varie le long de la fente 215, modifiant ainsi l'incidence d'équilibre de la pale. Cette réalisation permet de modifier les paramètres d'équilibre en cours de fonctionnement, Dx% et Dy% vus précédemment, en modifiant la position de l'axe de courbure autour duquel tourne la pale, et donc l'angle de pale d'équilibre. La variation du rayon de courbure local permet par exemple d'ajuster l'incidence d'équilibre à des régimes de fonctionnement particuliers, comme le démarrage ou lorsque la vitesse d'avance maximale envisagée est atteinte.
On peut par exemple augmenter l'incidence d'équilibre dans les phases de démarrage, en augmentant le rayon de courbure rmax local du mouvement, augmentant ainsi le couple de traînée, tel qu'illustré en figure 16. De même, on peut diminuer l'incidence d'équilibre, lorsque l'on s'approche de l'avance de fonctionnement maximum, en diminuant le rayon de courbure rmin local du mouvement, tel qu'illustré en figure 17.
Dans l'exemple illustré, les moyens de retenue permettant de bloquer les tiges 231, 232 dans la fente 215 tout en les laissant libres en coulissement dans celle-ci, peuvent comprendre des rondelles 238 fixés d'un côté des tiges en vis- à-vis et contre la face extérieure 211b du support annulaire 210.
Le mouvement radial de la pale 220 peut être bloqué, dans le sens allant de la pale 220 vers le support annulaire 210, par la surface de la base 224 de la pale 220 elle-même. Cette base 224 glisse dans ce cas contre la face intérieure 211a du support annulaire 210.
Dans cette réalisation, les profils des pales 220 peuvent présenter un vrillage tel que décrit précédemment.
Selon une réalisation de l'invention non représentée, les moyens de guidage d'une pale comprennent une première et une deuxième glissières, au lieu d'une comme celle illustrée en figures 16 et 17. Les pales sont également reliées à deux tiges, comme en figures 16 et 17, mais une tige coulisse dans l'une des glissières et une autre tige coulisse dans l'autre glissière. La retenue des tiges dans les glissières peut être identique que celle des tiges en figures 16 et 17.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie (1 ; 300) caractérisé en ce qu'il comprend : - une hélice rotative ;
- un support annulaire (10 ; 210 ; 310 ; 410) ;
- des pales (20 ; 120 ; 220) comprenant chacune une première extrémité formant une base (24 ; 124 ; 224) et une deuxième extrémité formant un sommet (26 ; 126 ; 226), lesdites pales étant montées sur la face intérieure du support annulaire au niveau de leur base via une articulation, l'articulation étant agencée de manière à ce que les pales puisse s'orienter librement sous l'effet des écoulements du fluide autour desdites pales, de manière à ce que les pales soient auto-ajustables.
2. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie (1 ; 300) selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite hélice rotative comprend :
- un stator annulaire ( 6 ) ;
ledit support annulaire, ce dernier formant un rotor annulaire (10 ; 310) monté à l'intérieur du stator, et mobile par rapport à ce dernier ;
- lesdites pales (20 ; 120 ; 220) .
3. Dispositif selon la revendication 1, ledit dispositif étant un dispositif de propulsion (300) caractérisé en ce qu' il comprend en outre un ensemble statique (401) en aval et en vis-à-vis de ladite hélice rotative (301), ledit ensemble statique comprenant ledit support annulaire (10 ; 410) et lesdites ou certaines desdites pales (20), ledit support annulaire formant un anneau fixe (410) au regard de l'hélice rotative, ladite hélice rotative et ledit ensemble statique étant agencés de manière à ce que les pales montées sur ledit anneau fixe soient aptes à recevoir des écoulements de fluide entraînés par la rotation de l'hélice rotative.
4. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie (1 ; 300) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune des pales
(20 ; 120) comprend une première extrémité formant une base (24 ; 124) et une deuxième extrémité formant un sommet (26 ; 126), lesdites pales étant montées pivotantes sur la face intérieure du support annulaire
(10 ; 310 ; 410) au niveau de leur base via une liaison pivot, la liaison pivot étant agencée de manière à ce que les pales soient libres en rotation autour d'un axe de rotation (21) .
5. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie (1 ; 300) selon la revendication 4 caractérisé en ce que la base (24 ; 124) d'au moins une pale (20 ; 120) est à distance de son axe de rotation (21) et reliée à cet axe de rotation par un élément de jonction (30 ; 130a, 130b) .
6. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie (1 ; 300) selon la revendication 5 caractérisé en ce que pour au moins un élément de jonction (30 ; 130a, 130b), le plan orthogonal à l'axe de rotation (21) de la pale et la tangente à la surface de l'élément de jonction en vis-à-vis du support annulaire (10 ; 310 ; 410) forment un angle non nul.
7. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie (1 ; 300) selon l'une des revendications 5 à 6 caractérisé en ce que pour au moins un élément de jonction (30 ; 130a, 130b), l'élément de jonction est de forme cintrée, le rayon de courbure de sa surface intérieure étant localement inférieur à 4 fois le rayon intérieur du support annulaire (10 ; 310 ; 410) .
8. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie (1 ; 300) selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'élément de jonction (30 ; 130a, 130b) présente une longueur (L) au moins deux fois supérieure à sa largeur (1) et au moins quatre fois supérieure à son épaisseur (e) .
9. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie (1 ; 300) selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l'élément de jonction (130a, 130b) comprend un profil agencé de manière à limiter les turbulences au niveau de l'élément de jonction.
10. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie (1 ; 300) selon l'une des revendications 5 à 9 caractérisé en ce que la liaison pivot d'au moins une pale (20 ; 120) comprend un arbre de rotation (32) logé dans un trou traversant (15) du support annulaire (10 ; 310 ; 410) de manière à ce que les efforts principaux générés par la pale soient repris par deux contacts, directs ou indirects, entre l'arbre de rotation (32) et le support annulaire (10 ; 310 ; 410), ces deux contacts étant situés de part et d'autre du trou traversant (15) .
11. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie (1 ; 300) selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'arbre de rotation (32) d'au moins une pale (20 ; 120) est également relié au support annulaire (10 ; 310 ; 410) via un moyen élastique (35) et/ou un amortisseur rotatif.
12. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chacune des pales (220) comprend une première extrémité formant une base (224) et une deuxième extrémité formant un sommet (226), ladite base étant reliée à des moyens coulissants (231, 232), et en ce que ledit support annulaire (210) comprend des moyens de guidage (215) sur sa surface intérieure (211a) , chacune desdites pales étant solidaire des moyens de guidage correspondants par les moyens coulissants reliés à sa base, lesdits moyens coulissants et lesdits moyens de guidage étant agencés de manière à ce que les pales soient libres en coulissement le long des moyens de guidage correspondant selon un déplacement tel que l'orientation des pales varie.
13. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit moyen de guidage comprend au moins une glissière (215) courbée, le long de laquelle au moins un des moyens coulissants (231, 232) est apte à coulisser.
14. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens coulissants reliés à une même pale (220) comprennent un premier et un deuxième coulisseaux agencés pour coulisser le long d'une même glissière (215), le premier coulisseau (231) et le deuxième coulisseau (232) étant respectivement reliés à une première extrémité et à une deuxième extrémité de la base (224) de la pale correspondante .
15. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage d'une pale comprennent une première et une deuxième glissières, et en ce que les moyens coulissants reliés à une même pale comprennent un premier et un deuxième coulisseaux, le premier coulisseau étant agencé pour coulisser le long de la première glissière, le deuxième coulisseau étant agencé pour coulisser le long de la deuxième glissière, le premier coulisseau et le deuxième coulisseau étant respectivement reliés à une première extrémité et à une deuxième extrémité de la base de la pale correspondante.
16. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que ladite ou lesdites glissières sont formées par une gorge ou une fente (215) débouchant sur la surface intérieure (211a) du support annulaire (210) .
17. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie selon la revendication 16, caractérisé en ce que les coulisseaux sont formés par des tiges (231, 232) reliées d'un côté à la base (224) de la pale (220) correspondante et de l'autre à la glissière correspondante (215) .
18. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie (1 ; 300) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu' il comprend en outre une butée (18) agencée de manière à ce que l'angle de pale au niveau de la base d'au moins une pale, à savoir l'angle entre la corde de ladite pale (20 ; 120) au niveau de sa base (24 ; 124) et le plan du support annulaire (10), soit compris entre -5° et 20° lorsque l'orientation de la pale est bloquée par cette butée (18) .
19. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie (1 ; 300) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que chacune des pales (20 ; 120 ; 220) présente un vrillage total compris entre 1° et 20° .
20. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie (1 ; 300) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le support annulaire (10 ; 310 ; 410) présente un axe central (5 ; 305 ; 405), et en ce que la distance comprise entre l'axe central du support annulaire et le sommet (26 ; 126) de chaque pale (20 ; 120) est supérieure ou égale à 15% du rayon intérieur du support annulaire.
21. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie (1 ; 300) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le sommet (26 ; 126) des pales (20 ; 120) est libre.
22. Dispositif de propulsion et/ou de génération d'énergie (1 ; 300) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'au moins une pale (20 ; 120 ; 220) tourne autour d'un axe (21 ; 221), la pale étant décalée par rapport à cet axe (21 ; 221) de manière à ce que pour au moins une section de la pale selon son épaisseur, la plus petite distance (Dy) de la corde (29, 26bis) de cette section à l'intersection de cet axe (21 ; 221) de la pale et du plan de cette section est supérieure à la moitié de la dimension de la corde de cette section.
PCT/FR2015/053380 2014-12-08 2015-12-08 Dispositif avec helice a entrainement circonferentiel et ensemble statique, avec des pales auto-ajustables place en aval WO2016092206A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15823617.4A EP3259182A1 (fr) 2014-12-08 2015-12-08 Dispositif avec helice a entrainement circonferentiel et ensemble statique, avec des pales auto-ajustables place en aval

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1462078A FR3029499B1 (fr) 2014-12-08 2014-12-08 Helice a entrainement circonferentiel et a pales autoajustables
FR1462078 2014-12-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016092206A1 true WO2016092206A1 (fr) 2016-06-16

Family

ID=52692795

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2015/053380 WO2016092206A1 (fr) 2014-12-08 2015-12-08 Dispositif avec helice a entrainement circonferentiel et ensemble statique, avec des pales auto-ajustables place en aval

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3259182A1 (fr)
FR (1) FR3029499B1 (fr)
WO (1) WO2016092206A1 (fr)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019129576A1 (de) * 2019-11-01 2021-05-06 Rosen Swiss Ag Untewassermotormodul für ein Wassersportgerät
SE2050660A1 (sv) * 2020-06-05 2021-12-06 Martens Johannes Von Turbinkonstruktion för oscillerande flöden med självsvängande turbinblad för användning i t.ex. vågenergibojar samt vågenergibojar tillämpande nämnda turbinkonstruktion jämte anläggning och förankring

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1328486A (en) * 1971-02-04 1973-08-30 English Electric Co Ltd Axial water flow machines
EP0928738A2 (fr) * 1998-01-08 1999-07-14 Electric Boat Corporation Dispositif d'hélice à pas variable
US20090293795A1 (en) * 2008-05-27 2009-12-03 Schroeder Dierk Submarine with a propulsion drive with an electric motor ring
DE102009040471A1 (de) * 2009-09-08 2011-03-10 Tutech Innovation Gmbh Mechanisch angetriebener Schiffpropulsor mit hohem Wirkungsgrad
US20120049523A1 (en) * 2009-04-29 2012-03-01 Bersiek Shamel A Wind jet turbine ii
DE102011012565A1 (de) * 2010-10-02 2012-04-26 Mulundu Sichone Ringpropeller mit Schaufelverstellung
US20130115833A1 (en) * 2011-11-08 2013-05-09 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Marine vessel propulsion device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1328486A (en) * 1971-02-04 1973-08-30 English Electric Co Ltd Axial water flow machines
EP0928738A2 (fr) * 1998-01-08 1999-07-14 Electric Boat Corporation Dispositif d'hélice à pas variable
US20090293795A1 (en) * 2008-05-27 2009-12-03 Schroeder Dierk Submarine with a propulsion drive with an electric motor ring
US20120049523A1 (en) * 2009-04-29 2012-03-01 Bersiek Shamel A Wind jet turbine ii
DE102009040471A1 (de) * 2009-09-08 2011-03-10 Tutech Innovation Gmbh Mechanisch angetriebener Schiffpropulsor mit hohem Wirkungsgrad
DE102011012565A1 (de) * 2010-10-02 2012-04-26 Mulundu Sichone Ringpropeller mit Schaufelverstellung
US20130115833A1 (en) * 2011-11-08 2013-05-09 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Marine vessel propulsion device

Also Published As

Publication number Publication date
FR3029499B1 (fr) 2018-04-13
FR3029499A1 (fr) 2016-06-10
EP3259182A1 (fr) 2017-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3426917B1 (fr) Eolienne flottante a turbines jumelles a axe vertical a rendement ameliore
EP0107543B1 (fr) Agencement de rotor de queue de poussée accrue pour aéronef à voilure tournante
EP2620635B1 (fr) Pale pour rotor d'hydrolienne, rotor d'hydrolienne comprenant une telle pale, hydrolienne associée et procédé de fabrication d'une telle pale
EP1856406B1 (fr) Dispositif de maintien d'une turbomachine hydraulique
EP2572100B1 (fr) Turbogenerateur a rotor a pales a incidence adaptee au vent apparent
EP2620634B1 (fr) Rotor d'hydrolienne comportant au moins une pâle mobile en rotation autour d'un axe radial et des moyens de limitation du mouvement en rotation de ladite pâle, et hydrolienne comprenant un tel rotor
WO2016128665A1 (fr) Ensemble de redressement d'air de turbomachine à performances aerodynamiques améliorées
EP3853118B1 (fr) Eolienne flottante à position en lacet pilotable
EP2776709A1 (fr) Dispositif de recuperation d'energie a partir d'un fluide en mouvement
WO2016092206A1 (fr) Dispositif avec helice a entrainement circonferentiel et ensemble statique, avec des pales auto-ajustables place en aval
FR2768187A1 (fr) Eolienne helicoidale a axe de rotation vertical
WO2004099607A2 (fr) Eolienne carenee auto-orientable
FR3043386A1 (fr) Aeronef mis en œuvre dans un systeme de production d’energie electrique
FR3006010A1 (fr) Partie tournante de machine hydraulique, machine hydraulique equipee d'une telle partie tournante et installation de conversion d'energie comprenant une telle machine
FR3057540A1 (fr) Helicoptere comprenant au moins un systeme de guidage des extremites des pales d'un rotor
WO2019197733A1 (fr) Engin volant a voilure tournante comprenant un systeme d'orientation integre dans un carenage et procede de pilotage dudit engin volant
EP2539581B1 (fr) Systeme de conversion de l'energie d'un fluide naturellement en mouvement
FR2946096A1 (fr) Eolienne.
FR2520057A1 (fr) Perfectionnement aux aerogenerateurs
FR3040427A1 (fr) Turbine a friction, installation de production d'energie comportant une telle turbine et son procede d'utilisation
FR2855563A1 (fr) Eolienne equipee de deux diffuseurs
EP2861865B1 (fr) Dispositif de transformation de l'énergie cinétique d'un fluide en énergie mécanique
FR3074546A1 (fr) Revetement propre a diminuer la trainee de l’ecoulement d’un fluide autour d’un element cylindrique
BE430145A (fr)
FR2857063A1 (fr) Eolienne carenee auto-orientable

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15823617

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2015823617

Country of ref document: EP