WO2016146850A1 - Ventilateur pour automobile amélioré aérodynamiquement et acoustiquement - Google Patents

Ventilateur pour automobile amélioré aérodynamiquement et acoustiquement Download PDF

Info

Publication number
WO2016146850A1
WO2016146850A1 PCT/EP2016/056139 EP2016056139W WO2016146850A1 WO 2016146850 A1 WO2016146850 A1 WO 2016146850A1 EP 2016056139 W EP2016056139 W EP 2016056139W WO 2016146850 A1 WO2016146850 A1 WO 2016146850A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
curvature
span
variation
propeller
fan
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/056139
Other languages
English (en)
Inventor
Manuel Henner
Bruno Demory
Youssef BEDDADI
François Franquelin
Charles ROLAND
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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 Valeo Systemes Thermiques filed Critical Valeo Systemes Thermiques
Priority to EP16713789.2A priority Critical patent/EP3271588B1/fr
Priority to US15/559,634 priority patent/US10584716B2/en
Publication of WO2016146850A1 publication Critical patent/WO2016146850A1/fr

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38—Blades
    • F04D29/384—Blades characterised by form
    • F04D29/386—Skewed blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/325—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow fans
    • F04D29/326—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow fans comprising a rotating shroud

Definitions

  • the field of the present invention is that of the automobile, and more particularly that of the circulation of air for the cooling of the engine equipment.
  • the vehicles with thermal engine need to evacuate the calories that generates their operation and are for that equipped with heat exchangers, in particular cooling radiators, which are generally placed in the front of the vehicle and crossed by outside air .
  • a fan is placed upstream or downstream.
  • the ventilation fan which serves to force the flow of air has an axially oriented flow. It comprises blades which are connected by their foot to a central hub, and generally held together in their heads by a rotating shell (as illustrated in Figure 1).
  • the curvature has beneficial effects for acoustics, it also modifies the aerodynamic properties because it produces forces perpendicular to the blade surface, these forces creating in turn radial flows.
  • a rear curvature will produce a flow extending radially outward, while a forward curvature will produce a contraction effect of the flow (as will be explained further in detail in relation to Figure 2).
  • a rear curvature will work more head, and promote high-speed performance, while a forward curvature will promote low flow by working more in foot.
  • the subject of the invention is a ventilation propeller comprising a hub and blades extending radially outwardly from the hub between a blade root and a blade head, the blades of said propeller having a curvature back-front due to a reversal of curvature on their wingspan.
  • said blades comprise at least one abrupt variation of their wedging extending over a limited range of span, said calibration variation being located near a point of inversion of curvature of the blades.
  • abrupt variation it is preferentially to say at least 2 ° more or less than with respect to a linear wedging on said span gap.
  • limited span spread is preferably meant a maximum span spread of 25%, the total span of the blade.
  • Variation located "close” to a point of inversion of the curvature of the blades is preferably between 20 and 80% of their wingspan.
  • the calibration variation is between 3 and 5 °.
  • a peak of the calibration variation is positioned, with respect to the point of inversion of curvature, at a distance less than or equal to 30% of the span of the blade.
  • the proximity of this peak of the inversion point of the curvature makes it possible to make it act as close as possible to the place where the detachments occur, and thus improve its efficiency.
  • More preferably said distance is less than or equal to 10% of the span of the blade.
  • the pitch variation is positive, the value of the wedging being greater than said linear wedge over the entire span gap.
  • the pitch variation is said to be negative, the value of the wedging being less than said linear wedge over the entire span gap.
  • the calibration variation has a positive slope, respectively negative, up to its peak, followed by a negative slope, respectively positive. This peak form represents an optimum in terms of efficiency for the removal of flux detachments which are generally observed on the extrados.
  • At least one of the slopes of the staggering variation has, in absolute value, a value greater than 1 ° by 10% of span variation. And, more preferably, the other slope has, in absolute value, a value of less than 1 ° by 10% of span variation.
  • curvature of the blades at the point of inversion of its curvature is between -4 and -25 °.
  • the variation in curvature between the inversion point and the blade heads is between 4 and 25 °.
  • the curvatures of the blades in the foot and at the head different from less than 10 °. And more preferably said bends are both less than 10 °.
  • the invention also relates to a motor-fan unit comprising a propeller as described above and a cooling system comprising such a motor-fan unit.
  • a motor-fan unit comprising a propeller as described above and a cooling system comprising such a motor-fan unit.
  • Such a system may include one or more heat exchangers traversed by the air flow generated by the propeller.
  • FIG. 1 is a front view of a helix, according to the prior art
  • FIG. 2 is a schematic view giving the shape of the flow of air passing through a helix according to FIG. 1, in the cases, respectively, of a rear curvature, a front curvature and a mixed curvature back-front of his blades,
  • FIG. 3 is a front view of a propeller with a rear-front mixed curvature
  • FIG. 4 is a perspective view of a blade of the helix of FIG. 3, according to the prior art
  • FIG. 5 is a perspective view of a blade of the helix of FIG. 3, modified according to the invention.
  • FIG. 6 is a schematic view showing the evolution of the curvature of the blade of FIG. 5 along its span
  • FIG. 7 is a schematic view showing the evolution of the wedging of the blade of FIG. 5 along its span, respectively according to a first embodiment of the invention and according to a reference embodiment
  • FIG. 8 is a schematic view showing the evolution of the wedging of the blade of FIG. 5 along its span, respectively according to a second embodiment and according to a reference embodiment,
  • FIG. 9 is a front view of a helix, in a first implementation of the invention.
  • FIG. 10 is a front view of a helix, in a second implementation of the invention.
  • FIG. 1 1 a front view of a helix, in a third implementation of the invention.
  • FIG. 1 shows a helix 1 of the prior art, which is mounted in rotation about an axis passing through its center O and oriented here orthogonal to the plane of the figure.
  • the direction of rotation of the helix 1 is designated by the arrow F.
  • the propeller 1 brews the air passing through it. The air flow then flows in a direction of flow oriented substantially axially.
  • upstream and downstream are understood with reference to the direction of flow of the air flow.
  • axial radial
  • tangential are themselves used with reference to the axis of rotation of the helix.
  • This helix 1 comprises:
  • a central hub 2 advantageously intended to cap the drive motor of the propeller
  • blades 3 (here six in number), with their first ends, or feet 3a, which are fixed on the hub 2 and which extend radially from this hub,
  • peripheral ring 4 of cylindrical annular shape, to which the second ends, or heads 3b, are connected with blades 3.
  • the blades 3 are generally identical to each other and may have a substantially airfoil cross section, with an extrados and a lower surface. They thus extend transversely between, respectively, a leading edge which first comes into contact with the air flow during the rotation of the propeller 1, and a trailing edge which is opposite to it.
  • the line connecting the leading edge to the trailing edge is called a rope line, while the The line connecting the equidistant points of the upper and lower surfaces of the blade is called the camber line.
  • the aerodynamic characteristics of a blade are defined by the following parameters, which are evolutive all along the blade:
  • a fourth characteristic, which influences its aerodynamic performance is the curvature of the line which connects, in projection on a radial plane, the mid-rope points of the blade.
  • the curvature of the blade is said before if, for the rope considered, the tangent to this line is oriented, moving from the foot to the head, in the direction of rotation F; it is said to be backwards in the opposite direction.
  • the curvature, at each mid-cord point along the span, is expressed by the value in degrees of the angle made by the radius at this point with the radius of the half-rope point at the foot of the blade.
  • FIG. 2 shows the deviation experienced by a fluid passing through the helix 1 in the case, respectively, of a rear curvature, a front curvature and a mixed rear-front curve of its blades 3.
  • the rear curvature produces a flow that extends radially outwards while the central figure shows that a forward curvature produces a centripetal deviation of the flow.
  • the two preceding effects cancel each other out and together produce a maintenance of an axial direction, with a contraction of the flow that is centered about mid-span.
  • the pressure gradient between the trailing edge and the leading edge is modified and a marked detachment can be observed on the upper surface of the blade 3, which then takes birth substantially mid-span. It is this detachment effect that the invention proposes to reduce, by playing in particular on the timing distribution along the span of the blade, and in particular around this point mid-span.
  • Figure 3 shows a propeller 1 whose blades 3 have a curvature is mixed, rear foot 3a and then from the mid-span and up to the head 3b.
  • FIG. 4 shows, for its part, a blade, according to the prior art, of the helix of FIG. 3. The wedging of the blade 3 varies continuously along the span, without abrupt variation of this. this.
  • FIG. 5 shows a propeller blade 3 according to the invention which has an inflection peak 5 for its wedging at the point of the span where the curvature reverses, that is to say there where is the contraction effect of the flow.
  • the positioning, the shape and the intensity of this peak 5 are given in FIGS. 6 to 8.
  • FIG. 6 shows the evolution of the curvature in the case of a mixed rear-front curvature.
  • the curvature is zero at the bottom of the blade 3a, which means that the line of the points located mid-rope away from the hub 2 being perpendicular thereto.
  • the curvature increases in the backward direction until reaching a maximum rear value equal, in the example shown, to -13 ° and positioned mid-span.
  • FIGS. 7 and 8 show the evolution of the wedging along the span of a blade 3, in a reference helix version (so-called initial pitching) and, respectively, in two embodiments of the invention ( calibration said modified).
  • the invention is characterized by an inflection of the wedge forming a wedging spike; this peak is here at 50% of the span, that is to say precisely around the point of inversion of the curvature.
  • This inflection is either positive ( Figure 7) or negative ( Figure 8). But in both cases its amplitude is important, the slope of the inflection being greater or equal, in absolute value, at 1 ° by 10% of variation of curvature.
  • the preferred values used in the version shown in the figures and provided by way of example are 3 and 5 ° for 10% of variation of setting, according to whether the slope is upward or downward and according to which the initial calibration curve is it. - even decreasing or increasing around the point of inversion of the curvature.
  • the curvature may have slopes of the same absolute value on either side of the inversion point.
  • Figures 9 to 1 1 show three cases of implementation of the invention on mixed curvature propellers.
  • the curvature is back-front with zero curvatures in the foot 3a and head 3b and a curvature reversal located at 75% of the span. At this point the curvature is equal to -4 °.
  • the curvature is back-front with zero curvatures in the foot 3a and equal to 7 ° head 3b.
  • the inversion of curvature is located at 20% of the span, and at this point the curvature is equal to -30 °.
  • the invention namely the positioning of an inversion, or peak, wedging 5
  • the invention can be implemented on any type of propeller with a back-to-front mixed curvature, with a wide range of possible values for the curvature at the foot, the curvature at the head and the position of the inversion of curvature along the span.
  • the invention relates to a rear-front curvature:
  • the curvature at the foot and in the head are close to one another, that is to say with a difference of less than or equal to 10 ° and more preferably they are both close to zero, that is, less than 10 °.
  • the wedging of the blade 3 has a sudden variation, and limited in scale, of its value. This results in a wedge which deviates, on a given span segment of the blade, the linear wedging existing between the two end points of this segment.
  • This variation of wedging is defined, according to the invention, advantageously as follows.
  • the calibration variation is in span in an area close to the maximum rear curvature point.
  • the span difference between the maximum point of curvature and the inflection peak 5 is less than or equal to 30% of the span, more preferably less than or equal to 10%.
  • the inflection peak 5 is constituted by a sudden variation of the setting, of at least 2 ° on a variation at most of 25% of the span. Preferably this variation is between 3 and 5 °.
  • the wedging is located on the same side with respect to said linear wedging, over the entire span gap, whether above or below.
  • the abrupt pitch variation has a positive slope greater than 1 ° by 10% of variation of ca lage, until a peak of inflection 5 is reached, and then, from this point of view, peak, a negative slope less than -1 ° by 10% of calibration variation.
  • it has, first of all, a negative slope less than -1 ° by 10% of calibration variation, then a positive slope greater than 1 ° by 10% calibration variation.
  • blades 3 having only one inflection peak 5; in alternative versions several peaks may be present along the span of the blade 3, at least one of them having the minimum characteristics described above.
  • the geometry proposed for the blade 3 by the present patent application tends to find an optimum from both the aerodynamic and the acoustical point of view.
  • the objectives pursued are a good performance, a minimization of the acoustic effects and a minimization of the deflection at the top of the blade 3b.
  • the geometry relies firstly on a mixed back-front curvature, and on a distribution distribution law along the span which is adapted to the three-dimensional nature of the flow. Improved performance is achieved through a shape flexion that is positioned near the span where the curvature reverses. This inflection has the effect of locally modifying the angle of attack of the incident flow on the aerodynamic profile and thus improve the flow on its upper surface and minimize detachments. Thanks to this improved design, the drag of the profile is reduced for the same lift, and the suppression of the detachments improves the acoustics by minimizing the interaction noise of the propeller with its support. In terms of aerodynamic performance there is an improvement with, in the example of the propeller of Figure 3, a yield that passes from 43.8 to 45.2% at the same speed and same flow rate.
  • the invention has been described in the case of a helix having a ferrule 4 connecting the outer end 3b of the blades. It is obvious that it can just as easily be carried out in the absence of ferrule, provided that the shape given to the blades 3 is that described above.
  • the invention also relates to a motor-fan unit comprising such a propeller, and its drive motor.
  • Said group may comprise a nozzle provided with an air passage orifice inside which the helix rotates about its axis, said drive motor being carried by the nozzle by means of radial arms advantageously forming stator blades.
  • the invention also relates to a cooling system or module of a motor vehicle engine block. It then includes, in particular, the fan-motor group mentioned above and a cooling radiator.
  • the propeller may be located between the cooling radiator and the engine block or upstream of said radiator.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Hélice de ventilation (1) comprenant un moyeu (2) et des pales (3) s'étendant radialement vers l'extérieur à partir du moyeu (2) entre un pied de pale (3a) et une tête de pale (3b), les pales de ladite hélice présentant une courbure arrière-avant du fait d'une inversion de courbure sur leur envergure, caractérisée en ce que lesdites pales (3) comportent, entre 20 et 80% de leur envergure, au moins une variation de leur calage d'au moins 2° s'étendant sur un écart d'envergure maximal de 25%, en plus ou en moins par rapport à un calage linéaire sur cet écart d'envergure.

Description

VENTILATEUR POUR AUTOMOBILE
AMÉLIORÉ AÉRODYNAMIQUEMENT ET ACOUSTIQUEMENT
Le domaine de la présente invention est celui de l'automobile, et plus particulièrement celui de la circulation de l'air pour le refroidissement des équipements du moteur.
Les véhicules à moteur thermique ont besoin d'évacuer les calories que génère leur fonctionnement et sont pour cela équipés d'échangeurs thermiques, notamment des radiateurs de refroidissement, qui sont généralement placés à l'avant du véhicule et traversés par de l'air extérieur. Pour forcer la circulation de cet air à travers le ou les échangeurs, un ventilateur est placé en amont ou en aval. L'hélice de ventilation qui sert à forcer la circulation d'air présente un écoulement orienté de façon axiale. Elle comprend des pales qui sont raccordées par leur pied à un moyeu central, et généralement maintenues ensemble en leur tête par une virole tournante (comme cela est illustré sur la figure 1 ).
Il est également d'usage de donner des effets de courbures aux pales afin d'en améliorer l'acoustique. La courbure est dite avant si la pale est courbée dans le sens de rotation, en considérant le plan perpendiculaire à l'axe de rotation ; elle est dite arrière dans le cas contraire. En utilisant les effets de courbure, les sources acoustiques qui sont situées le long de l'envergure de la pale se trouvent déphasée les unes par rapport aux autres, et on peut noter des réductions de bruit tonal de plusieurs décibels.
Si la courbure présente des effets bénéfiques pour l'acoustique, elle modifie aussi les propriétés aérodynamiques car elle produit des forces perpendiculaires à la surface de pale, ces forces créant à leur tour des écoulements radiaux. De façon générale, pour un même point de fonctionnement, une courbure arrière va produire un écoulement s'étendant radialement vers l'extérieur, alors qu'une courbure avant va produire un effet de contraction de l'écoulement (comme cela sera explicité plus en détail en relation avec la figure 2). Ainsi, une courbure arrière travaillera plus en tête, et favorisera le rendement à haut débit, alors qu'une courbure avant favorisera les bas débits en travaillant plus en pied.
Mais d'un point de vue aéroacoustique, les bénéfices sont inversés et la courbure arrière sera plus bruyante à haut débit du fait du travail plus important en tête, alors que la courbure avant sera plus bruyante à bas débit du fait du travail plus important en pied. Il est donc constaté que les bénéfices d'un effet de courbure (avant ou arrière) sont antagonistes et que, par cet effet, on ne peut satisfaire, à la fois, le rendement aérodynamique et la qualité acoustique pour une même plage de fonctionnement (bas ou haut débit).
FEU I LLE DE REM PLACEM ENT (RÈG LE 26) effet de contraction de l'écoulement, qui se centre à peu près à mi-envergure (voir figure 2). Mais, du fait de ces conditions particulières d'écoulement à mi-envergure, le gradient de pression entre le bord de fuite et le bord d'attaque est modifié et on observe un décollement marqué sur l'extrados de la pale, qui prend naissance au niveau de cette mi-envergure.
Il existe donc un besoin de concevoir des hélices améliorées, qui soient capables de produire des rendements aérodynamiques élevés sans que leurs performances aéroacoustiques en soient pour autant dégradées. A cet effet, l'invention a pour objet une hélice de ventilation comprenant un moyeu et des pales s'étendant radialement vers l'extérieur à partir du moyeu entre un pied de pale et une tête de pale, les pales de ladite hélice présentant une courbure arrière-avant du fait d'une inversion de courbure sur leur envergure.
Selon l'invention, lesdites pales comportent au moins une variation brusque de leur calage s'étendant sur un écart limité d'envergure, ladite variation de calage étant située à proximité d'un point d'inversion de courbure des pales. Par variation « brusque », on entend préférentiellement d'au moins 2° en plus ou en moin s par rapport à un calage linéaire sur ledit écart d'envergure. Par écart « limité » d'envergure, on entend préférentiellement un écart d'envergure maximal de 25%, de l'envergure totale de la pale. Par variation située « à proximité » d'un point d'inversion de la courbure des pales, on entend préférentiellement située entre 20 et 80% de leur envergure. Avantageusement la variation de calage est comprise entre 3 et 5°.
Cette inflexion de calage, par rapport à une pale présentant une évolution continue de son calage le long de l'envergure, permet d'éviter les décollements du flux d'air sur la pale et donc d'éviter tant les nuisances acoustiques que les pertes de rendement provoquées par ces décollements.
Préférentiellement un pic de la variation de calage est positionné, par rapport au point d'inversion de courbure, à une distance inférieure ou égale à 30% de l'envergure de la pale. La proximité de ce pic du point d'inversion de la courbure permet de faire agir celui-ci au plus près de l'endroit où les décollements se produisent, et donc améliore son efficacité.
Plus préférentiellement ladite distance est inférieure ou égale à 10% de l'envergure de la pale.
Dans un mode particulier de réalisation la variation de calage est dite positive, la valeur du calage étant supérieure audit calage linéaire sur tout l'écart d'envergure.
Dans un autre mode particulier de réalisation la variation de calage est dite négative, la valeur du calage étant inférieure audit calage linéaire sur tout l'écart d'envergure. Avantageusement la variation de calage a une pente positive, respectivement négative, jusqu'à son pic, suivie d'une pente négative, respectivement positive. Cette forme en pointe représente un optimum en matière d'efficacité pour la suppression des décollements du flux qui sont généralement observés sur l'extrados.
De façon préférentielle au moins une des pentes de la variation de calage a, en valeur absolue, une valeur supérieure à 1 ° par 10% de variation d'envergure. Et, de façon plus préférentielle, l'autre pente a, en valeur absolue, une valeur inférieure à 1 ° par 10% de variation d'envergure.
Avantageusement la courbure des pales au point d'inversion de sa courbure est comprise entre -4 et -25°.
Dans un mode particulier de réalisation la variation de courbure entre le point d'inversion et la tête des pales est comprise entre 4 et 25°.
Préférentiellement les courbures des pales en pied et en tête différent de moins de 10°. Et plus préférentiellement lesdites courbures sont toutes deux inférieures à 10°.
L'invention concerne également un groupe moto-ventilateur comprenant une hélice telle que décrite plus haut ainsi qu'un système de refroidissement comprenant un tel groupe moto-ventilateur. Un tel système pourra comprendre un ou des échangeurs de chaleur traversés par le flux d'air généré par l'hélice.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés.
Sur ces dessins :
- la figure 1 est une vue de face d'une hélice, selon l'art antérieur,
- la figure 2 est une vue schématique donnant la forme de l'écoulement de l'air traversant une l'hélice selon la figure 1 , dans les cas, respectivement, d'une courbure arrière, d'une courbure avant et d'une courbure mixte arrière-avant de ses pales,
- la figure 3 est une vue de face d'une hélice à courbure mixte arrière-avant,
- la figure 4 est une vue en perspective d'une pale de l'hélice de la figure 3, selon l'art antérieur,
- la figure 5 est une vue en perspective d'une pale de l'hélice de la figure 3, modifiée selon l'invention,
- la figure 6 est une vue schématique donnant l'évolution de la courbure de la pale de la figure 5 le long de son envergure, - la figure 7 est une vue schématique donnant l'évolution du calage de la pale de la figure 5 le long de son envergure, respectivement selon un premier mode de réalisation de l'invention et selon un mode de réalisation de référence,
- la figure 8 est une vue schématique donnant l'évolution du calage de la pale de la figure 5 le long de son envergure, respectivement selon un second mode de réalisation et selon un mode de réalisation de référence,
- la figure 9 est une vue de face d'une hélice, dans une première mise en œuvre de l'invention,
- la figure 10 est une vue de face d'une hélice, dans une seconde mise en œuvre de l'invention, et
- la figure 1 1 une vue de face d'une hélice, dans une troisième mise en œuvre de l'invention.
La figure 1 montre une hélice 1 , de l'art antérieur, qui est montée en rotation autour d'un axe passant par son centre O et orienté ici orthogonalement au plan de la figure. Le sens de rotation de l'hélice 1 est désigné par la flèche F. Lorsque l'hélice 1 est entraînée en rotation, par exemple par un moteur électrique (non visible), l'hélice 1 brasse l'air qui la traverse. Le flux d'air s'écoule alors selon un sens d'écoulement orienté sensiblement axialement.
Dans la suite de la description les termes "amont" et "aval" se comprennent en référence au sens d'écoulement du flux d'air. Les termes "axial", "radial" ou "tangentiel" sont, eux, utilisés en référence à l'axe de rotation de l'hélice.
Cette hélice 1 , comprend :
- un moyeu central 2, avantageusement destiné à coiffer le moteur d'entraînement de l'hélice,
- une pluralité de pales 3 (ici au nombre de six), avec leurs premières extrémités, ou pieds 3a, qui sont fixées sur le moyeu 2 et qui s'étendent radialement à partir de ce moyeu,
- et, bien que cet élément ne soit pas impératif, une virole périphérique 4, de forme annulaire cylindrique, à laquelle se raccordent les deuxièmes extrémités, ou têtes 3b, des pales 3.
En ce qui concerne les pales 3, elles sont généralement identiques les unes aux autres et peuvent présenter une section transversale sensiblement en aile d'avion, avec un extrados et un intrados. Elles s'étendent ainsi transversalement entre, respectivement, un bord d'attaque qui entre en premier en contact avec le flux d'air lors de la rotation de l'hélice 1 , et un bord de fuite qui lui est opposé. Dans une coupe de la pale selon un plan parallèle à l'axe de rotation, perpendiculairement à la ligne reliant les points à mi-corde, la ligne reliant le bord d'attaque au bord de fuite est dénommée ligne de corde, alors que la ligne reliant les points équidistant des extrados et intrados de la pale est dénommée ligne de cambrure. Les caractéristiques aérodynamiques d'une pale sont définies par les paramètres suivants, qui sont évolutifs tout le long de la pale :
- sa corde, qui est la longueur de la ligne de corde, exprimée en mm,
- sa cambrure, qui est la valeur maximale de la distance entre la ligne de corde et la ligne de cambrure, rapportée à la longueur de la ligne de corde et exprimée en pourcents,
- son calage, qui est l'angle que fait la ligne de corde avec l'axe de rotation de l'hélice. (Nota : par convention dans ce texte, l'angle de calage est l'angle complémentaire de l'angle de calage habituellement défini en aérodynamique).
Une quatrième caractéristique, qui influe sur ses performances aérodynamiques est la courbure de la ligne qui relie, en projection sur un plan radial, les points à mi-corde de la pale. La courbure de la pale est dite avant si, pour la corde considérée, la tangente à cette ligne est orientée, en se déplaçant du pied vers la tête, dans le sens de rotation F ; elle est dite arrière dans le sens contraire. La courbure, en chaque point à mi-corde le long de l'envergure, est exprimée par la valeur en degrés de l'angle que fait le rayon en ce point avec le rayon du point à mi-corde en pied de pale.
La figure 2 montre la déviation que subit un fluide en traversant l'hélice 1 dans le cas, respectivement, d'une courbure arrière, d'une courbure avant et d'une courbure mixte arrière-avant de ses pales 3.
Sur la figure de gauche la courbure arrière produit un écoulement qui s'étend radialement vers l'extérieur alors que la figure centrale montre qu'une courbure avant produit une déviation centripète de l'écoulement. Sur la figure de droite qui correspond à une courbure mixte arrière-avant, les deux effets précédents se neutralisent et produisent ensemble un maintien d'une direction axiale, avec une contraction de l'écoulement qui se centre à peu près à mi-envergure. En revanche, du fait de ces conditions particulières d'écoulement à mi-envergure, le gradient de pression entre le bord de fuite et le bord d'attaque est modifié et on peut observer un décollement marqué sur l'extrados de la pale 3, qui prend alors naissance sensiblement à mi-envergure. C'est cet effet de décollement que l'invention se propose de réduire, en jouant notamment sur la distribution du calage le long de l'envergure de la pale, et en particulier aux alentours de ce point à mi-envergure.
La figure 3 montre une hélice 1 dont les pales 3 ont une courbure est mixte, arrière en pied 3a puis avant à partir de la mi-envergure et ce, jusqu'à la tête 3b. La figure 4 montre, quant à elle, une pale, selon l'art antérieur, de l'hélice de la figure 3. Le calage de la pale 3 varie de façon continue le long de l'envergure, sans variation brusque de celle-ci.
En revanche la figure 5 montre une pale d'hélice 3 selon l'invention qui présente un pic 5 d'inflexion pour son calage au niveau du point de l'envergure où la courbure s'inverse, c'est-à-dire là où se situe l'effet de contraction de l'écoulement. Le positionnement, la forme et l'intensité de ce pic 5 sont donnés par les figures 6 à 8. La figure 6 montre l'évolution de la courbure dans le cas d'une courbure mixte arrière- avant. La courbure est nulle en pied de pale 3a, ce qui signifie que la ligne des points situés à mi-corde s'éloigne du moyeu 2 en lui étant perpendiculaire. La courbure s'accroit, dans le sens arrière, jusqu'à atteindre une valeur arrière maximale égale, dans l'exemple représenté, à -13° et positionnée à mi-envergure. A partir ce p oint la pale 3 reprend une courbure avant, réduisant sa courbure progressivement, de -13° vers 0° qu'elle atteint, à titre d'exemple, en tête de pale 3b. La courbe qui est représentée sur la figure correspond à la forme la plus simple envisageable pour une pale à courbure mixte, dans un but d'illustration de l'invention ; celle-ci n'est en revanche pas limitée à ces formes géométriques simples. Les figures 7 et 8 montrent l'évolution du calage le long de l'envergure d'une pale 3, dans une version d'hélice de référence (calage dit initial) et, respectivement, dans deux versions de réalisation de l'invention (calage dit modifié). L'invention se caractérise par une inflexion du calage formant un pic 5 de calage ; ce pic se situe ici à 50 % de l'envergure, c'est-à-dire précisément autour du point d'inversion de la courbure. Celte inflexion est soit positive (figure 7) soit négative (figure 8). Mais dans les deux cas son amplitude est importante, la pente de l'inflexion étant supérieure ou égale, en valeur absolue, à 1 °par 10% de variation de courbure. Les valeurs préférentielles retenues dans la version représentée sur les figures et fournies à titre d'exemple sont de 3 et 5° pour 10% de variation de calage, selon que la pente est ascendante ou descendante et selon que la courbe de calage initiale est elle-même décroissante ou croissante autour du point d'inversion de la courbure. A titre d'exemple la courbure peut présenter des pentes de même valeur absolue de part et d'autre du point d'inversion.
Les figures 9 à 1 1 représentent trois cas de mise en œuvre de l'invention sur des hélices à courbure mixte. Sur la figure 9 la courbure est arrière-avant avec des courbures nulles en pied 3a et en tête 3b et une inversion de courbure située à 75% de l'envergure. En ce point la courbure est égale à -4°.
Sur la figure 10 la courbure est arrière-avant avec des courbures nulles en pied 3a et en tête 3b et une inversion de courbure située à 50% de l'envergure. En ce point la courbure est égale à -25°
Sur la figure 1 1 la courbure est arrière-avant avec des courbures nulles en pied 3a et égale à 7° en tête 3b. L'inversion de courbure est située à 20% de l'envergure, et en ce point la courbure est égale à -30°.
On voit donc que l'invention, à savoir le positionnement d'une inversion, ou pic, de calage 5, peut être mise en œuvre sur tout type d'hélice à courbure mixte arrière-avant, avec une grande plage de valeurs possibles pour la courbure en pied, la courbure en tête et pour la position de l'inversion de courbure le long de l'envergure. De façon préférentielle l'invention porte sur une courbure arrière-avant :
- dont l'inversion se situe entre 20 et 80% de l'envergure de la pale,
- dont la courbure a, en ce point d'inversion, une valeur comprise entre -4 et -25°
- et dont la variation de courbure entre le point d'inversion et la tête est comprise entre 4 et 25°.
Avantageusement la courbure en pied et en tête sont proches l'une de l'autre, c'est-à- dire avec un écart inférieur ou égal à 10° et plus préférentiellement elles sont proches l'une comme l'autre de zéro, c'est-à-dire inférieures à 10°.
Associé à cette courbure, le calage de la pale 3 présente une variation brusque, et limitée en envergure, de sa valeur. Cela se traduit par un calage qui s'écarte, sur un segment donné d'envergure de la pale, du calage linéaire existant entre les deux points d'extrémité de ce segment. Cette variation de calage se définit, selon l'invention, avantageusement comme suit.
La variation de calage se situe en envergure dans une zone proche du point de courbure arrière maximale. L'écart d'envergure entre le point de courbure maximale et le pic d'inflexion 5 est inférieur ou égal à 30% de l'envergure, plus préférentiellement inférieur ou égal à 10%.
Le pic d'inflexion 5 est constitué par une variation brusque du calage, d'au moins 2° sur une variation au maximum de 25% de l'envergure. Préférentiellement cette variation se situe entre 3 et 5°.
Préférentiellement le calage se situe d'un même côté par rapport audit calage linéaire, sur tout l'écart d'envergure, que ce soit au-dessus ou en-dessous. Dans un premier mode de réalisation, la variation brusque de calage a une pente positive supérieure à 1 ° par 10% de variation de ca lage, jusqu'à l'atteinte d'un pic d'inflexion 5, puis, à partir de ce pic, une pente négative inférieure à -1 °par 10% de variation de calage. Dans un second mode, elle a, tout d'abord, une pente négative inférieure à -1 ° par 10% de variation de calage, puis une pente positive supérieure à 1 °par 10% de variation de calage.
Enfin, l'invention a été illustrée par des pales 3 ne présentant qu'un seul pic d'inflexion 5 ; dans des versions alternatives plusieurs pics peuvent être présents le long de l'envergure de la pale 3, l'un d'eux au moins présentant les caractéristiques minimales décrites ci-dessus.
Sur le plan des performances la géométrie proposée pour la pale 3 par la présente demande de brevet tend à trouver un optimum tant du point de vue aérodynamique qu'aéroacoustique. Les objectifs poursuivis sont un bon rendement, une minimisation des effets acoustiques et une minimisation de la déflection en tête de pale 3b.
La géométrie s'appuie tout d'abord sur une courbure mixte arrière-avant, et sur une loi de distribution de calage le long de l'envergure qui est adaptée à la nature tridimensionnelle de l'écoulement. Des performances améliorées sont obtenues grâce à une inflexion de forme qui est positionnée à proximité de l'envergure où la courbure s'inverse. Cette inflexion a pour effet de modifier localement l'angle d'attaque de l'écoulement incident sur le profil aérodynamique et ainsi d'améliorer l'écoulement sur son extrados et de minimiser les décollements. Grâce à ce dessin amélioré, la traînée du profil est réduite pour la même portance, et la suppression des décollements améliore l'acoustique en minimisant les bruits d'interaction de l'hélice avec son support. Au niveau des performances aérodynamiques on constate une amélioration avec, dans l'exemple de l'hélice de la figure 3, un rendement qui passe de 43.8 à 45.2 %, à même vitesse de rotation et même débit.
Au final, l'utilisation des variations de calage décrites dans la présente demande de brevet permet d'obtenir des hélices de ventilation automobile produisant un très bon compromis entre l'aérodynamique, l'acoustique et les effets de déflexion structurels.
L'invention a été décrite dans le cas d'une hélice présentant une virole 4 reliant l'extrémité externe 3b des pales. Il est bien évident que qu'elle peut tout aussi bien être réalisée en l'absence de virole, pour autant que la forme donnée aux pales 3 soit celle décrite ci-dessus. L'invention concerne aussi un groupe moto-ventilateur comprenant une telle hélice, et son moteur d'entrainement. Ledit groupe pourra comprendre une buse munie d'un orifice de passage d'air à l'intérieur duquel l'hélice tourne autour de son axe, ledit moteur d'entrainement étant porté par la buse par l'intermédiaire de bras radiaux formant avantageusement des pales de stator.
L'invention concerne encore un système ou module de refroidissement d'un bloc moteur de véhicule automobile. Il comprend alors, notamment, le groupe moto-ventilateur évoqué plus haut et un radiateur de refroidissement. L'hélice pourra être située entre le radiateur de refroidissement et le bloc moteur ou en amont dudit radiateur. Ces éléments sont, par exemple, sensiblement alignés selon l'axe de rotation de l'hélice.

Claims

Revendications
1 . Hélice de ventilation (1 ) comprenant un moyeu (2) et des pales (3) s'étendant radialement vers l'extérieur à partir du moyeu (2) entre un pied de pale (3a) et une tête de pale (3b), les pales de ladite hélice présentant une courbure arrière-avant du fait d'une inversion de courbure sur leur envergure,
caractérisée en ce que lesdites pales (3) comportent, entre 20 et 80% de leur envergure, au moins une variation de leur calage d'au moins 2° s'étendant sur un écart d'envergure maximal de 25%, en plus ou en moins par rapport à un calage linéaire sur cet écart d'envergure.
2. Hélice de ventilation selon la revendication 1 , dans laquelle la variation de calage est comprise entre 3 et 5°.
3. Hélice de ventilation selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle un pic (5) de la variation de calage est positionné, par rapport à un point d'inversion de courbure, à une distance inférieure ou égale à 30% de l'envergure de la pale (3).
4. Hélice de ventilation selon la revendication 3, dans laquelle ladite distance est inférieure ou égale à 10% de l'envergure de la pale (3).
5. Hélice de ventilation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la variation de calage est dite positive, la valeur du calage étant supérieure audit calage linéaire sur tout l'écart d'envergure.
6. Hélice de ventilation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la variation de calage est dite négative, la valeur du calage étant inférieure audit calage linéaire sur tout l'écart d'envergure.
7. Hélice de ventilation selon la revendication 5, respectivement 6, dans laquelle la variation de calage a une pente positive, respectivement négative, jusqu'à son pic (5), suivie d'une pente négative, respectivement positive.
8. Hélice de ventilation selon la revendication 7, dans laquelle au moins une des pentes de la variation de calage a, en valeur absolue, une valeur supérieure à 1 °par 10% de variation d'envergure.
9. Hélice de ventilation selon la revendication 8, dans laquelle l'autre pente a, en valeur absolue, une valeur inférieure à 1 °par 10% de vari ation d'envergure.
10. Hélice de ventilation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle la courbure des pales (3) au point d'inversion de sa courbure est comprise entre -4 et
-25°.
1 1 . Hélice de ventilation selon l'une des revendications 1 à 10, dans laquelle la variation de courbure entre le point d'inversion et la tête des pales (3b) est comprise entre 4 et 25°.
12. Hélice de ventilation selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 , dans laquelle les courbures des pales en pied (3a) et en tête (3b) différent de moins de 10°.
13. Hélice de ventilation selon la revendication 12, dans laquelle lesdites courbures sont toutes deux inférieures à 10°.
14. Groupe moto-ventilateur comprenant une hélice (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
15. Système de refroidissement de véhicule automobile comprenant un groupe moto- ventilateur selon la revendication précédente et un ou plusieurs échangeurs de chaleur traversés par le flux d'air généré par ladite hélice.
PCT/EP2016/056139 2015-03-19 2016-03-21 Ventilateur pour automobile amélioré aérodynamiquement et acoustiquement WO2016146850A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16713789.2A EP3271588B1 (fr) 2015-03-19 2016-03-21 Ventilateur pour automobile amélioré aérodynamiquement et acoustiquement
US15/559,634 US10584716B2 (en) 2015-03-19 2016-03-21 Aerodynamically and acoustically improved car fan

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1552271A FR3033845B1 (fr) 2015-03-19 2015-03-19 Ventilateur pour automobile ameliore aerodynamiquement et acoustiquement
FR1552271 2015-03-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016146850A1 true WO2016146850A1 (fr) 2016-09-22

Family

ID=53177650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/056139 WO2016146850A1 (fr) 2015-03-19 2016-03-21 Ventilateur pour automobile amélioré aérodynamiquement et acoustiquement

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10584716B2 (fr)
EP (1) EP3271588B1 (fr)
FR (1) FR3033845B1 (fr)
WO (1) WO2016146850A1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107477022A (zh) * 2017-08-25 2017-12-15 佛山市南海九洲普惠风机有限公司 一种梯形扭曲风叶

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019105355B4 (de) * 2019-03-04 2024-04-25 Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg Lüfterrad eines Axialventilators
US11668228B2 (en) * 2020-05-28 2023-06-06 Deere & Company Variable pitch fan control system
CN115405538A (zh) * 2021-05-28 2022-11-29 冷王公司 高效轴流式风扇

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0933534A2 (fr) * 1998-02-03 1999-08-04 Siemens Canada Limited Ventilateur axial
KR100798103B1 (ko) * 2006-05-04 2008-01-24 주식회사 에어로네트 축류 팬의 다중영역설계방법 및 그 설계방법에 의해 제작되는 축류팬
FR2965314A1 (fr) * 2010-09-29 2012-03-30 Valeo Systemes Thermiques Helice pour ventilateur dont la longueur de corde varie

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100820857B1 (ko) * 2003-03-05 2008-04-10 한라공조주식회사 축류팬
ATE483916T1 (de) * 2006-05-31 2010-10-15 Bosch Gmbh Robert Axialgebläseanordnung
FR2965315B1 (fr) * 2010-09-29 2012-09-14 Valeo Systemes Thermiques Helice pour ventilateur dont l'angle de calage varie

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0933534A2 (fr) * 1998-02-03 1999-08-04 Siemens Canada Limited Ventilateur axial
KR100798103B1 (ko) * 2006-05-04 2008-01-24 주식회사 에어로네트 축류 팬의 다중영역설계방법 및 그 설계방법에 의해 제작되는 축류팬
FR2965314A1 (fr) * 2010-09-29 2012-03-30 Valeo Systemes Thermiques Helice pour ventilateur dont la longueur de corde varie

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107477022A (zh) * 2017-08-25 2017-12-15 佛山市南海九洲普惠风机有限公司 一种梯形扭曲风叶

Also Published As

Publication number Publication date
EP3271588B1 (fr) 2021-03-03
EP3271588A1 (fr) 2018-01-24
FR3033845A1 (fr) 2016-09-23
US10584716B2 (en) 2020-03-10
FR3033845B1 (fr) 2018-04-27
US20180051712A1 (en) 2018-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2622227B1 (fr) Hélice pour ventilateur dont la longueur de corde varie
EP2510243B1 (fr) Helice de ventilateur, en particulier pour vehicule automobile
EP3271588B1 (fr) Ventilateur pour automobile amélioré aérodynamiquement et acoustiquement
FR2965315A1 (fr) Helice pour ventilateur dont l'angle de calage varie
CA2458417C (fr) Aube en fleche de turboreacteur
EP1996818B1 (fr) Helice de ventilateur, en particulier pour vehicules automobiles
EP3153328A1 (fr) Insert turbine pour roue de vehicule
FR3045460A1 (fr) Roue aerodynamique d'un vehicule
EP2886384A1 (fr) Ventilateur pour automobile comportant un stator
EP1034376B1 (fr) Helice de ventilateur
EP2839166B1 (fr) Hélice pour ventilateur automobile à raidisseurs de moyeu segmentés
EP1813820B1 (fr) Ventilateur pour véhicule automobile et bloc avant associé
EP3153327A1 (fr) Enjoliveur aerodynamique perfectionne pour roue de vehicule
FR2784421A1 (fr) Soufflerie axiale, en particulier pour vehicules a moteur
EP3018359B1 (fr) Ventilateur pour automobile á pales optimisées pour les forts débits
WO2016050304A1 (fr) Ventilateur pour automobile á pales optimisées pour l'acoustique et l'aérodynamique
FR3010747A1 (fr) Ventilateur pour automobile a pales optimisees pour l'acoustique et l'aerodynamique
EP3728861B1 (fr) Hélice pour ventilateur de systéme thermique de véhicule automobile, ventilateur et système thermique comprenant une telle hélice
EP3380339A1 (fr) Enjoliveur aérodynamique de roue, à pales à courbure, orientation et position transversale choisies
WO2013174729A1 (fr) Ventilateur pour automobile a pales optimisees
WO2021181025A1 (fr) Systeme de ventilation pour moteur
WO2013156257A1 (fr) Ventilateur pour automobile comportant un stator en amont de l'helice
FR2820176A1 (fr) Organe rotatif, notamment helice, ventilateur, bloc avant et vehicule automobile correspondants
FR3051824A1 (fr) Moteur d'aeronef comportant des pales a calage variable et un moyeu comportant une paroi flexible

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: 16713789

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15559634

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2016713789

Country of ref document: EP