WO2020240119A1 - Helice a pas variable automatique - Google Patents

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WO2020240119A1
WO2020240119A1 PCT/FR2020/050845 FR2020050845W WO2020240119A1 WO 2020240119 A1 WO2020240119 A1 WO 2020240119A1 FR 2020050845 W FR2020050845 W FR 2020050845W WO 2020240119 A1 WO2020240119 A1 WO 2020240119A1
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WO
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propeller
pitch
thruster
movable partition
axis
Prior art date
Application number
PCT/FR2020/050845
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English (en)
Inventor
Christophe DEPRES
Pascale BALLAND
Laurent Bernard
Original Assignee
Universite Savoie Mont Blanc
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H3/00—Propeller-blade pitch changing
    • B63H3/008—Propeller-blade pitch changing characterised by self-adjusting pitch, e.g. by means of springs, centrifugal forces, hydrodynamic forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H3/00—Propeller-blade pitch changing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H3/00—Propeller-blade pitch changing
    • B63H3/06—Propeller-blade pitch changing characterised by use of non-mechanical actuating means, e.g. electrical
    • B63H3/08—Propeller-blade pitch changing characterised by use of non-mechanical actuating means, e.g. electrical fluid
    • B63H3/081—Propeller-blade pitch changing characterised by use of non-mechanical actuating means, e.g. electrical fluid actuated by control element coaxial with the propeller shaft
    • B63H3/082—Propeller-blade pitch changing characterised by use of non-mechanical actuating means, e.g. electrical fluid actuated by control element coaxial with the propeller shaft the control element being axially reciprocatable
    • B63H2003/084—Propeller-blade pitch changing characterised by use of non-mechanical actuating means, e.g. electrical fluid actuated by control element coaxial with the propeller shaft the control element being axially reciprocatable with annular cylinder and piston

Definitions

  • the present description relates generally to variable-pitch propellers and, more particularly, a device for controlling the pitch of a variable-pitch propeller.
  • the present description applies in particular to propellers with a variable pitch propeller.
  • Propeller thrusters are already widely used to set machines in motion, typically for navigating boats, for flying aircraft, etc.
  • motorized propeller thrusters usually equip small boats capable of sailing over a wide range of speeds.
  • these thrusters are often fitted with variable-pitch propellers, so that the propeller's pitch increases as the speed of the boat increases. This makes it possible to maintain a substantially constant engine speed whatever the speed of the boat. This improves the efficiency of the propellant.
  • the modification of the pitch of the propeller of a variable-pitch propeller thruster is generally carried out automatically.
  • the thruster then comprises a system for slaving the pitch of the propeller with respect, typically, to the speed of the boat and / or with respect to an engine torque applied to a propeller shaft.
  • propeller pitch control systems we find in particular hydraulic, electrical, mechanical or hydrodynamic systems. These systems, which are often expensive and very sensitive to operate, are also complex to design and build. Their development raises, in particular, many sealing problems. In addition, they do not generally make it possible to obtain satisfactory control of the pitch of the propeller over the entire speed range of the boat.
  • One embodiment overcomes all or part of the drawbacks of the pitch control devices of a known variable-pitch propeller.
  • One embodiment provides for a device comprising a variable-pitch propeller and means adapted to modify the pitch of the propeller by the Venturi effect.
  • an external flow of a fluid generates, by Venturi effect, a depression in a first compartment of a chamber comprising one or more first orifices not parallel to an axis of rotation of the propeller, a variation of this depression causing a displacement of a movable partition actuating a mechanism for modifying the pitch of the propeller.
  • One embodiment provides a device comprising:
  • a chamber comprising one or more first orifices not parallel to an axis of rotation of the propeller
  • a movable partition delimiting, inside the chamber, a first compartment communicating with the outside through this or these first orifices;
  • a variation of a vacuum, in the first compartment causes a modification of the pitch of the propeller.
  • an increase in the depression causes an increase in the pitch of the propeller.
  • a decrease in the vacuum causes a decrease in the pitch of the propeller.
  • At least one additional part forms, relative to an external surface of the chamber, a constriction in the vicinity of this or these first orifices.
  • the movable partition further defines, inside the chamber, a second compartment communicating with the outside through one or more second orifices parallel to the axis of rotation of the propeller.
  • the movable partition is linked to a return spring to a position corresponding to an extreme value of the pitch of the propeller.
  • the movable partition is a piston having an inclined surface, relative to the axis of rotation of the propeller, on which rests a cam adapted to actuate the pitch modification mechanism of the propeller.
  • the movable partition is associated with a gear, consisting of a rack and a pinion, adapted to actuate the mechanism for modifying the pitch of the propeller.
  • the mechanism for modifying the pitch of the propeller modifies a blade pitch angle over an angular range of less than 90 °, preferably of the order of 15 °.
  • the propeller comprises at least two blades disposed radially and separated from the axis of rotation by a distance of approximately 35 mm, preferably equal to 35 mm, these blades having a length of about 240 mm, preferably equal to 240 mm.
  • One embodiment provides a propellant device comprising a device as described.
  • One embodiment provides for a human-powered craft comprising at least one propellant device as described.
  • One embodiment provides an energy recovery device, comprising a device as described.
  • Figure 1 illustrates schematically and partially, in a side view and in section, an embodiment of an automatic variable-pitch propeller thruster
  • Figure 2 illustrates schematically and partially, in a side view and in section, another embodiment of an automatic variable-pitch propeller thruster
  • Figure 3 illustrates schematically and partially, by side views (A) and (B) and in section, yet another embodiment of an automatic variable-pitch propeller thruster
  • Figure 4 shows, by views (A) and (B) in perspective and cut away, yet another embodiment of an automatic variable-pitch propeller thruster
  • FIG. 5 shows an example of a boat equipped with an automatic variable-pitch propeller thruster
  • FIG. 6 partially shows an embodiment of a thruster propeller.
  • the embodiments described take for example a propeller fitted to a thruster. However, these embodiments apply more generally to any variable-pitch propeller system in which similar problems arise, for example wind turbines or tidal turbines.
  • FIG. 1 schematically and partially illustrates, in a side view and in section, an embodiment of a propeller 1 with an automatic variable-pitch propeller.
  • the thruster 1 comprises a propeller 11 consisting of two blades 111 and 112.
  • the blades 111 and 112 are arranged in opposition, perpendicularly to an axis 113 of rotation of the propeller 11.
  • the axis 113 of rotation of the propeller 11 is, in Figure 1, parallel to the section plane.
  • the blades 111 and 112 are mounted to pivot relative to a common axis 115, perpendicular to the axis 113 of rotation of the propeller 11.
  • the axis 115, around which the blades 111 and 112 pivot. 'helix 11 is, in Figure 1, oriented perpendicular to the cutting plane
  • a pivoting (or rotation) of the blades 111 and 112, around the axis 115, makes it possible to vary the pitch of the propeller 11 of the thruster 1.
  • the pivoting, relative to the axis 115 , of the blade 111 of the propeller 11 modifies a pitch angle Q, or angle of attack, of the blade 111.
  • the pivoting, with respect to the axis 115, of the blade 112 of the propeller 11 modifies a pitch angle, or angle of attack, of the blade 112.
  • the thruster 1 is therefore provided with a propeller 11 with variable pitch.
  • the thruster 1 is a variable pitch thruster.
  • the angle Q corresponds, in this example, to an angle formed by a chord (straight line joining a leading edge to a trailing edge of a profile) of the blade 111 with respect to a normal to the axes 113 and 115.
  • the angle corresponds, still in this example, to an angle formed by a chord of the blade 112 with respect to a normal to the axes 113 and 115.
  • the pitch angle of the blade 112 has a value equal to that of the pitch angle Q of the blade 111. This makes it possible to balance the rotation of the propeller 11 around the axis 113, thus limiting the appearance of vibrations.
  • a rotation of the propeller 11 in a clockwise direction causes a flow (arrow 116, FLOW) of a fluid towards the rear of the thruster 1 at a speed v.
  • the speed v of this flow depends in particular on:
  • the speed w of rotation of the propeller 11 is, for example, imposed by a motor driving a shaft connected to the propeller 11.
  • a motor driving a shaft connected to the propeller 11. the more the angles of attack and Q increase , for a rotational speed w that is assumed to be constant, and the more the flow speed v increases.
  • the thruster 1 comprises a body 13 in which is arranged a cavity (or recess) forming a chamber 15.
  • the body 13 of the thruster 1 has one or more orifices 131 not parallel to the 'axis 113 of rotation of the propeller 11.
  • two orifices 131 are made in a direction perpendicular to the axis 113 of rotation of the propeller 11. The orifices 131 thus form through holes which open out inside the chamber 15.
  • the chamber 15 comprises a first compartment 151 separated from a second compartment 153 by a movable partition 17 or piston.
  • the first compartment 151 communicates, via the two orifices 131, with the outside of the chamber 15.
  • the second compartment 153 of the chamber 15 is, as for him, completely closed and therefore does not communicate with the outside of the room 15.
  • the propellant 1 is immersed in a fluid, for example water, constituting an external environment where the chamber 15 and the propeller are placed in particular 11.
  • the first compartment 151 of the chamber 15 is therefore, in Figure 1, filled with water. Water exchanges can thus occur freely, via the orifices 131 (or water intakes), between the interior and the exterior of the chamber 15.
  • the second compartment 153 is, still in this example, preferably filled with a gas, for example air.
  • the movable partition 17 provides, where appropriate, a dynamic seal between the first compartment 151 and the second compartment 153, so that the air contained in the second compartment 153 thus remains trapped therein whatever the position of the movable partition 17. .
  • the pressure P3 is chosen or adjusted so that at rest, that is to say for a zero flow speed v, the pressure P3 is lower than the pressure PI.
  • the movable partition 17 thus occupies, for a zero speed v, a stowed position located near the front of thruster 1 (left, in figure 1).
  • the pressures P1 and P3 both tend to move the piston 17 in opposite directions.
  • the piston 17 therefore comes to a standstill, at non-zero speed v, in a position resulting from a dynamic equilibrium being established between the pressures PI and P3.
  • the movable partition 17 comprises a rack 171 arranged parallel to the axis 113 of rotation of the propeller 11. On this rack 171 a pinion 173 engages.
  • the pinion 173 is, in FIG. 1, kept integral with the blade 111 of the propeller 11.
  • the rack 171 is mounted such that a displacement of the movable partition 17 towards the rear of the thruster 1 (towards the right, in FIG. 1) causes an increase in the pitch angle Q of the blade 111.
  • a similar mechanism (not shown), making it possible to modify the angle of the blade 112 of the propeller 11, is also implemented.
  • an increase in the speed v leads, by the Venturi effect, to a decrease in the pressure PI in the first compartment 151. This thus causes a displacement of the movable partition 17 towards the rear of the thruster 1 ( to the right, in figure 1). This movement of the movable partition 17 tends, by means of the gear consisting of the rack 171 and the pinion 173, to increase the angle Q of attack of the blade 111.
  • a decrease in the speed v leads, by Venturi effect, to an increase in the pressure PI in the first compartment 151. This thus causes a displacement of the movable partition 17 towards the front of the thruster 1 (towards the left, in FIG. 1).
  • This movement of the movable partition 17 tends, via the rack 171 and the pinion 173, to reduce the angle Q of attack of the blade 111. Similar modifications take place, thanks to the movement of the movable partition 17, on the angle of attack of the blade 112.
  • the displacement of the piston 17 in the chamber 15 between extreme positions thus leads to modifying the angles of attack Q and over an angular range of less than 90 °, preferably by around 15 °.
  • the movable partition 17 allows, by moving, to control the pitch of the propeller 11 as a function of the speed v.
  • the thruster 1 is therefore well equipped with an automatic variable-pitch propeller 11.
  • the thruster 1 is an automatic variable pitch thruster.
  • the medium in which the propellant 1 is placed is air.
  • the first compartment 151 of the chamber 15 is, where appropriate, filled with air.
  • a flow of air along the body 13 of the thruster 1 causes, by the Venturi effect, a depression in the first compartment 151. This depression tends, as explained above, to shift the piston 17 towards the rear of the thruster 1 (towards the right, in figure 1), therefore to increase the pitch of the propeller 11.
  • FIG. 2 schematically and partially illustrates, in a side view and in section, another embodiment of a propeller 2 with an automatic variable-pitch propeller.
  • the propellant 2 of FIG. 2 comprises elements common to the propellant 1 of FIG. 1. These common elements will not be detailed again below.
  • the thruster 2 of Figure 2 differs from the thruster 1 of Figure 1 mainly in that the thruster 2 comprises at least one additional or additional part 135.
  • This part 135 forms, relative to an external surface of the chamber 15, a constriction 137 narrowing in the vicinity of the orifices 131.
  • the constriction 137 is, in FIG. 2, accentuated by a particular geometry (or curve, or shape) of the body 13 of the thruster 2 near the orifices 131.
  • the part 135 is, for example, a ring surrounding the body 13 and fixed to the thruster 2 in several places (not shown in the sectional view).
  • the constriction 137 is adapted to locally accelerate the flow of the fluid in the vicinity of the orifices 131.
  • the fluid flows locally, near the orifices 131, at a speed greater than the speed v overall flow.
  • This local acceleration of the flow makes it possible to accentuate the Venturi effect and thus increase the depression produced inside the first compartment 151 of the chamber 15.
  • the pressure PI prevailing in the first compartment 151 of the thruster 2 will therefore, at an equal flow speed v, be less than the pressure PI prevailing in the first compartment 151 of the thruster 1 (FIG. 1).
  • the thruster 2 also comprises, in addition to the two first orifices 131, one or more second orifices 133 parallel to the axis 113 of rotation of the propeller 11.
  • two second orifices 133 are made in the thruster 2.
  • the orifices 133 thus form through holes (or water intakes) which open into the interior of the chamber 15. When the thruster 2 is immersed, water exchanges can thus occur freely, through the orifices 131 and 133, between the interior and the exterior of the chamber 15.
  • the first compartment 151 communicates, via the two first orifices 131, with the outside of the chamber 15; and the second compartment 153 communicates, via the two second orifices 133, with the outside of the chamber 15.
  • the second compartment 153 is then, in FIG. 2, no longer filled with air as in FIG. 1, but with water.
  • the second orifices 133 allow, when the flow speed v increases, to increase the pressure P3 prevailing inside the second compartment 153 of the chamber 15.
  • the result is that an increase in the speed v not only causes a decrease, by Venturi effect, of the pressure PI, but also an increase of the pressure P3.
  • the pressures PI and P3 therefore both tend to move the piston 17 in the same direction, here towards the rear of the propellant 2 (towards the right, in FIG. 2), unlike the example of Figure 1 where the pressures P1 and P3 tend to move the piston 17 in opposite directions.
  • the propellant 2 of FIG. 2 is, moreover, provided with a return spring 19, for example, with non-contiguous turns.
  • the return spring 19 is arranged along the axis 113 of rotation of the propeller 11. This spring 19 bears:
  • the spring 19 thus tends, by a return force directed parallel to the axis 113, to push the movable partition 17 towards the front of the thruster 2 (towards the left, in FIG. 2), in other words towards a position corresponding to an extreme value of the pitch of the helix 11.
  • the extreme value of the pitch of the propeller 11 is equivalent, in FIG. 2, to a minimum value of the pitch also called “small pitch”.
  • the pressures PI and P3 are substantially equal.
  • the position of the piston 17 is then located in front of the thruster 1 (on the left, in FIG. 2), that is to say in the position which corresponds to the small pitch of the propeller 11.
  • the piston 17 compresses the spring 19 by moving to a position corresponding, in FIG. 2, to a maximum value of the pitch, also called “large pitch”, of the propeller 11.
  • An advantage of the embodiment explained in relation to FIG. 2 lies in the fact that the pitch of the propeller 11 of the thruster 2 is regulated by a force of hydrodynamic origin, linked in a one-to-one manner to the speed of 1 'flow.
  • FIG. 1 Another advantage of the embodiment of Figure 2 over that of Figure 1 is that it is freed from a constraint of maintaining a dynamic seal between the compartments 151 and 153 of the chamber 15
  • the compartments 151 and 153 can, in fact, exchange small amounts of water, compared to the volumes of the compartments 151 and 153, without this however disturbing the operation of the mechanism for modifying the pitch of the. propeller 11. This makes it possible in particular to relax any precision constraints in the manufacture of the chamber 15 and of the piston 17.
  • the thruster described in Figure 1 or 2 further comprises a mechanism for automatically modifying the pitch of the propeller 11 consisting of a small number of components.
  • This thruster 2 is therefore overall simpler to design, to produce and to develop than the existing automatic variable-pitch thrusters.
  • Figure 3 illustrates schematically and partially, by side views (A) and (B) and in section, yet another embodiment of a propeller 3 with automatic variable pitch propeller.
  • the thruster 3 of Figure 3 comprises elements common with the thruster 2 of Figure 2. These common elements will not be detailed again below.
  • the thruster 3 of Figure 3 differs from the thruster 2 of Figure 2 mainly in that it is devoid of the gear consisting of the rack 171 ( Figure 2) and the pinion 173 ( Figure 2).
  • the piston 17 has an inclined surface 175, or inclined face, with respect to the axis 113 of rotation of the propeller.
  • a cam 177 is adapted to bear (or roll, or slide) against the surface 175 to actuate the propeller pitch modification mechanism 11.
  • the cam 177 is mounted at one end of the propeller. 'a lever 179.
  • the other end of the lever 179 is held integral with the blade 111 of the propeller 11, or of the pivot pin 115.
  • the gear consisting of the rack 171 ( Figure 2) and the pinion 173 ( Figure 2) is replaced, in Figure 3, by the inclined surface 175 of the piston 17, the cam 177 and the lever 179.
  • Views A and B illustrate different pitch positions.
  • the pitch angle of the blade 111 is always equal to the pitch angle of the blade 112.
  • a thruster such as the thruster 3 is particularly suitable for equipping low-power craft, for example human-powered craft, where maximum efficiency of the propeller 11 is desired.
  • the regulation of the pitch of the propeller 11 can then be easily adapted as a function of the physical capacities of a user of the boat, for example by installing a spring 19 having a different stiffness constant, or by modifying the shape of the cam. 177.
  • FIG. 4 shows, through views A and B in perspective and in cutaway, yet another embodiment of a propeller 4 with an automatic variable-pitch propeller. Views A and B illustrate different pitch positions.
  • the propellant 4 of FIG. 4 comprises elements in common with the propellant 3 of FIG. 3. These common elements will not be detailed again below.
  • the propellant 4 of FIG. 4 differs from the propellant
  • FIG. 3 of FIG. 3 mainly in that piston 17 drives a slide 47 in translation.
  • This slide 47 actuates a lever 45 connected to the blade 111.
  • Another lever 45 (not shown) is also connected to the blade 112.
  • the body 13 of the propellant 4 is, in Figure 4, consisting of a hub 130 fitting into a cone 132. On the cone 132 is fixed the part 135 for accentuating the depression, caused by the Venturi effect, in the vicinity of the first orifices 131.
  • the propeller 11 is fixed to a propeller shaft 43 passing through a part 41 for mounting to the system with which it is associated, for example a boat (not shown).
  • the propellant 4 is, in view A, shown in a position where the spring 19 is relaxed. This position corresponds to the small pitch of propeller 11.
  • the propellant 4 is, in view B, shown in a position where the spring 19 is completely compressed. This position corresponds to the large pitch of propeller 11.
  • FIG. 5 represents an example of a boat equipped with an automatic variable-pitch propeller thruster.
  • a boat 7 (for example, a human-powered boat or pedal boat) comprises at least one thruster 4 with automatic variable-pitch propeller, for example a single thruster 4.
  • the thruster 4 for example, a boat 7 with automatic variable-pitch propeller, for example a single thruster 4.
  • the boat 7 is fixed to a hull 71 of the boat 7.
  • the boat 7 is provided with a transmission 73 adapted to modify the speed of rotation of the propeller 11 of the thruster 4.
  • the boat 7 also has foils 77 or adjustable profiled wings by means of a control device 75 or feeler 75 making it possible to gauge a sinking of the boat 7 with respect to the surface of the water.
  • the thruster 4 allows the boat 7 to sail on the water.
  • the thruster 4 is placed in a flow of water, the overall speed v of which is equal to a speed of movement of the boat 7 on the water.
  • the pitch of the propeller 11 of the thruster 4 is thus adapted or controlled as a function of the displacement speed of the boat 7. This allows, for example, a user of the boat 7, causing the propeller to rotate. 11 with the strength of his legs, to maintain a substantially constant pedaling rate whatever the speed of movement of the boat 7.
  • FIG. 6 partially shows an embodiment of a propeller 11 of the thruster.
  • the blade 111 of the propeller 11 has dimensions adapted according to the application.
  • the blade 112, shown partially in FIG. 6, preferably has dimensions identical to those of the blade 111.
  • the blade 111 has a length, denoted LP, of approximately 240 mm, preferably equal to 240 mm.
  • the propeller 11 rotates, at an angular speed w, around an axis 113 of rotation, as explained previously in relation to Figures 1 to 5.
  • a lower end 1111 of the blade 111 is arranged, relative to this axis of rotation 113, at a distance, denoted DA, of approximately 35 mm, preferably equal to 35 mm.
  • a lower end 1121 of the blade 112 is arranged, relative to the axis of rotation 113, at a distance DA of approximately 35 mm, of preferably equal to 35 mm.
  • the lower ends 1111 and 1121 of the blades 111 and 112, respectively, are approximately equidistant from the axis of rotation 113, preferably equidistant from the axis of rotation 113.
  • the lower ends 1111 and 1121 are also called "blade feet".
  • a quantity, called “geometric pitch”, is defined as being equal to a distance theoretically traveled by the propeller 11 when its blades 111 and 112 make a complete turn around the axis of rotation 113.
  • the geometric pitches of propeller 11 are as follows:

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Abstract

La présente description concerne un dispositif comportant une hélice (11) à pas variable et des moyens adaptés à modifier le pas de l'hélice par effet Venturi.

Description

DESCRIPTION
Hélice à pas variable automatique
La présente demande de brevet revendique la priorité de la demande de brevet français FR19/05753 qui sera considérée comme faisant partie intégrante de la présente description .
Domaine technique
[0001] La présente description concerne de façon générale les hélices à pas variable et, plus particulièrement, un dispositif de commande du pas d'une hélice à pas variable. La présente description s'applique notamment à des propulseurs à hélice à pas variable.
Technique antérieure
[0002] Des propulseurs à hélice sont déjà largement utilisés pour mettre en mouvement des engins, typiquement pour faire naviguer des embarcations, pour faire voler des aéronefs, etc. Par exemple, des propulseurs à hélice motorisés équipent usuellement de petites embarcations susceptibles de voguer sur une large plage de vitesses. Le cas échéant, ces propulseurs sont souvent équipés d'hélices à pas variable, de sorte que le pas de l'hélice augmente à mesure que la vitesse de l'embarcation croît. Cela permet de maintenir un régime moteur sensiblement constant quelle que soit la vitesse de l'embarcation. On améliore ainsi un rendement du propulseur.
[0003] La modification du pas de l'hélice d'un propulseur à hélice à pas variable s'effectue généralement de façon automatique. Le propulseur comporte alors un système d'asservissement du pas de l'hélice par rapport, typiquement, à la vitesse de l'embarcation et/ou par rapport à un couple moteur appliqué sur un arbre d'hélice. [0004] Parmi les systèmes d'asservissement de pas d'hélice les plus répandus, on trouve notamment des systèmes hydrauliques, électriques, mécaniques ou hydrodynamiques. Ces systèmes, souvent onéreux et d'un fonctionnement très sensible, sont aussi complexes à concevoir et à réaliser. Leur mise au point soulève, en particulier, de nombreuses problématiques d'étanchéité. De plus, ils ne permettent généralement pas d'obtenir un asservissement satisfaisant du pas de l'hélice sur l'intégralité de la plage de vitesses de 1 ' embarcation .
[0005] Il existe, en outre, des systèmes d'asservissement de pas d'hélice à commande manuelle. Ces systèmes manuels, bien que de constitution souvent moins complexe que les systèmes automatiques évoqués ci-dessus, requièrent néanmoins un réglage très délicat de la part du pilote de l'embarcation. Les systèmes manuels de modification du pas d'hélice sont donc, en pratique, difficilement exploitables ce qui les rend peu commodes d'utilisation par un large public.
[0006] Le document US 6 358 007 décrit un système universel de propulsion de bateau à pas variable à vitesse constante.
[0007] Le document WO 2007/016804 décrit un moteur d ' embarcation .
[0008] Le document US 5,219,272 décrit un propulseur marine à pas variable avec variation hydrodynamique.
Résumé de 11 invention
[0009] Il existe un besoin d'améliorer les dispositifs de commande de pas d'une hélice à pas variable existants.
[0010] Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des dispositifs de commande de pas d'une hélice à pas variable connus. [0011] Un mode de réalisation prévoit un dispositif comportant une hélice à pas variable et des moyens adaptés à modifier le pas de l'hélice par effet Venturi .
[0012] Selon un mode de réalisation, un écoulement externe d'un fluide engendre, par effet Venturi, une dépression dans un premier compartiment d'une chambre comportant un ou plusieurs premiers orifices non parallèles à un axe de rotation de l'hélice, une variation de cette dépression provoquant un déplacement d'une cloison mobile actionnant un mécanisme de modification du pas de l'hélice.
[0013] Un mode de réalisation prévoit un dispositif comprenant :
une hélice à pas variable ;
une chambre comportant un ou plusieurs premiers orifices non parallèles à un axe de rotation de l'hélice ;
une cloison mobile délimitant, à l'intérieur de la chambre, un premier compartiment communiquant avec l'extérieur par ce ou ces premiers orifices ; et
un mécanisme de modification du pas de l'hélice, associé à la cloison mobile.
[0014] Selon un mode de réalisation, une variation d'une dépression, dans le premier compartiment, entraîne une modification du pas de l'hélice.
[0015] Selon un mode de réalisation, une augmentation de la dépression provoque une augmentation du pas de l'hélice.
[0016] Selon un mode de réalisation, une diminution de la dépression provoque une diminution du pas de l'hélice.
[0017] Selon un mode de réalisation, au moins une pièce supplémentaire forme, par rapport à une surface externe de la chambre, un étranglement au voisinage de ce ou ces premiers orifices . [0018] Selon un mode de réalisation, la cloison mobile délimite en outre, à l'intérieur de la chambre, un deuxième compartiment communiquant avec l'extérieur par un ou plusieurs deuxièmes orifices parallèles à l'axe de rotation de l'hélice.
[0019] Selon un mode de réalisation, la cloison mobile est liée à un ressort de rappel vers une position correspondant à une valeur extrémale du pas de l'hélice.
[0020] Selon un mode de réalisation, la cloison mobile est un piston comportant une surface inclinée, par rapport à l'axe de rotation de l'hélice, sur laquelle vient s'appuyer une came adaptée à actionner le mécanisme de modification du pas de l'hélice.
[0021] Selon un mode de réalisation, la cloison mobile est associée à un engrenage, constitué d'une crémaillère et d'un pignon, adapté à actionner le mécanisme de modification du pas de l'hélice.
[0022] Selon un mode de réalisation, le mécanisme de modification du pas de l'hélice modifie un angle de calage de pales sur une plage angulaire inférieure à 90°, de préférence de l'ordre de 15°.
[0023] Selon un mode de réalisation, l'hélice comporte au moins deux pales disposées radialement et séparées de l'axe de rotation par une distance d'environ 35 mm, de préférence égale à 35 mm, ces pales possédant une longueur d'environ 240 mm, de préférence égale à 240 mm.
[0024] Un mode de réalisation prévoit un dispositif propulseur comportant un dispositif tel que décrit.
[0025] Un mode de réalisation prévoit une embarcation à propulsion humaine comportant au moins un dispositif propulseur tel que décrit. [0026] Un mode de réalisation prévoit un dispositif de récupération d'énergie, comportant un dispositif tel que décrit .
Brève description des dessins
[0027] Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
[0028] la figure 1 illustre de façon schématique et partielle, par une vue latérale et en coupe, un mode de réalisation d'un propulseur à hélice à pas variable automatique ;
[0029] la figure 2 illustre de façon schématique et partielle, par une vue latérale et en coupe, un autre mode de réalisation d'un propulseur à hélice à pas variable automatique ;
[0030] la figure 3 illustre de façon schématique et partielle, par des vues (A) et (B) latérales et en coupe, encore un autre mode de réalisation d'un propulseur à hélice à pas variable automatique ;
[0031] la figure 4 représente, par des vues (A) et (B) en perspective et en écorché, encore un autre mode de réalisation d'un propulseur à hélice à pas variable automatique ;
[0032] la figure 5 représente un exemple d'embarcation équipée d'un propulseur à hélice à pas variable automatique ; et
[0033] la figure 6 représente, de façon partielle, un mode de réalisation d'une hélice de propulseur.
Description des modes de réalisation
[0034] De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.
[0035] Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés.
[0036] Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés ou couplés entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés ou couplés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.
[0037] Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures ou à une embarcation ou un propulseur dans une position normale d'utilisation.
[0038] Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
[0039] Les modes de réalisation décrits prennent pour exemple une hélice équipant un propulseur. Toutefois, ces modes de réalisation s'appliquent plus généralement à tout système à hélice à pas variable dans lequel des problèmes similaires se posent, par exemple des éoliennes ou hydroliennes .
[0040] La figure 1 illustre de façon schématique et partielle, par une vue latérale et en coupe, un mode de réalisation d'un propulseur 1 à hélice à pas variable automatique. [0041] Selon ce mode de réalisation, le propulseur 1 comporte une hélice 11 constituée de deux pales 111 et 112. Les pales 111 et 112 sont disposées en opposition, perpendiculairement à un axe 113 de rotation de l'hélice 11. L'axe 113 de rotation de l'hélice 11 est, en figure 1, parallèle au plan de coupe. Les pales 111 et 112 sont montées pivotantes par rapport à un axe commun 115, perpendiculaire à l'axe 113 de rotation de l'hélice 11. Pour faciliter la compréhension, l'axe 115, autour duquel pivotent les pales 111 et 112 de l'hélice 11, est, en figure 1, orienté perpendiculairement au plan de coupe
[0042] Un pivotement (ou rotation) des pales 111 et 112, autour de l'axe 115, permet de faire varier le pas de l'hélice 11 du propulseur 1. En particulier, le pivotement, par rapport à l'axe 115, de la pale 111 de l'hélice 11 modifie un angle Q de calage, ou angle d'attaque, de la pale 111. De même, le pivotement, par rapport à l'axe 115, de la pale 112 de l'hélice 11 modifie un angle de calage, ou angle d'attaque, de la pale 112. Le propulseur 1 est donc doté d'une hélice 11 à pas variable. En d'autres termes, le propulseur 1 est un propulseur à pas variable.
[0043] L'angle Q correspond, dans cet exemple, à un angle formé par une corde (droite joignant un bord d'attaque à un bord de fuite d'un profil) de la pale 111 par rapport à une normale aux axes 113 et 115. De même, l'angle correspond, toujours dans cet exemple, à un angle formé par une corde de la pale 112 par rapport à une normale aux axes 113 et 115. Selon un mode de réalisation préféré, l'angle de calage de la pale 112 possède une valeur égale à celle de l'angle Q de calage de la pale 111. Cela permet d'équilibrer la rotation de l'hélice 11 autour de l'axe 113, limitant ainsi l'apparition de vibrations.
[0044] En supposant que l'on regarde le propulseur 1 depuis sa partie arrière vers sa partie avant (de la droite vers la gauche, en figure 1), une rotation de l'hélice 11 dans un sens horaire (flèche 114) provoque un écoulement (flèche 116, FLOW) d'un fluide vers l'arrière du propulseur 1 à une vitesse v. La vitesse v de cet écoulement dépend en particulier :
d'un éventuel mouvement du milieu dans lequel se trouve le propulseur (courant du fluide) ;
du profil (ou géométrie) des pales 111 et 112 ;
d'une vitesse w de rotation (ou vitesse angulaire) de l'hélice 11 autour de l'axe 113 ; et
du pas de l'hélice 11, c'est-à-dire des angles Q et de calage respectivement modifiés par pivotement (flèche 116) des pales 111 et 112 autour de l'axe 115.
[0045] La vitesse w de rotation de l'hélice 11 est, par exemple, imposée par un moteur entraînant un arbre relié à l'hélice 11. Dans l'exemple de la figure 1, plus les angles d'attaque et Q augmentent, pour une vitesse w de rotation supposée constante, et plus la vitesse v de l'écoulement croît.
[0046] Dans l'exemple de la figure 1, le propulseur 1 comporte un corps 13 dans lequel est aménagée une cavité (ou évidement) formant une chambre 15. Le corps 13 du propulseur 1 présente un ou plusieurs orifices 131 non parallèles à l'axe 113 de rotation de l'hélice 11. En figure 1, par exemple, deux orifices 131 sont pratiqués selon une direction perpendiculaire à l'axe 113 de rotation de l'hélice 11. Les orifices 131 forment ainsi des trous traversants qui débouchent à l'intérieur de la chambre 15.
[0047] Selon un mode de réalisation, la chambre 15 comporte un premier compartiment 151 séparé d'un deuxième compartiment 153 par une cloison mobile 17 ou piston. Dans l'exemple de la figure 1, le premier compartiment 151 communique, par l'intermédiaire des deux orifices 131, avec l'extérieur de la chambre 15. Le deuxième compartiment 153 de la chambre 15 est, quant à lui, totalement clos et ne communique donc pas avec l'extérieur de la chambre 15.
[0048] Dans l'exemple de la figure 1, le propulseur 1 est immergé dans un fluide, par exemple de l'eau, constituant un milieu extérieur où sont notamment placées la chambre 15 et l'hélice 11. Le premier compartiment 151 de la chambre 15 est donc, en figure 1, rempli d'eau. Des échanges d'eau peuvent ainsi se produire librement, par l'intermédiaire des orifices 131 (ou prises d'eau), entre l'intérieur et l'extérieur de la chambre 15. Le deuxième compartiment 153 est, toujours dans cet exemple, préférentiellement empli d'un gaz, par exemple de l'air. La cloison mobile 17 assure, le cas échéant, une étanchéité dynamique entre le premier compartiment 151 et le deuxième compartiment 153, de sorte que l'air contenu dans le deuxième compartiment 153 y demeure ainsi emprisonné quelle que soit la position de la cloison mobile 17.
[0049] On considère un écoulement du fluide le long du corps 13, par exemple provoqué par un déplacement du propulseur 1 dans le milieu, typiquement sous l'effet d'une rotation, autour de l'axe 113, des deux pales 111 et 112 de l'hélice 11. Un tel écoulement provoque, par effet Venturi, une dépression à l'intérieur du premier compartiment 151 de la chambre 15. En supposant qu'une pression PI règne dans le premier compartiment 151 et qu'une pression P3 règne dans le deuxième compartiment 153, la valeur de la pression PI diminue (la dépression augmente) alors à mesure que la vitesse v d'écoulement de l'eau croît. Inversement, la valeur de la pression PI augmente (la dépression diminue) à mesure que la vitesse v d'écoulement de l'eau décroît.
[0050] La pression P3 est choisie ou réglée de telle sorte qu'au repos, c'est-à-dire pour une vitesse v d'écoulement nulle, la pression P3 soit inférieure à la pression PI. La cloison mobile 17 occupe ainsi, pour une vitesse v nulle, une position de repli située près de l'avant du propulseur 1 (à gauche, en figure 1) .
[0051] On suppose que la pression PI diminue, par augmentation de la vitesse v, jusqu'à devenir inférieure à la pression P3. La cloison mobile 17 est alors repoussée (ou aspirée) vers l'arrière du propulseur 1 (vers la droite, en figure 1) . Cela provoque conjointement, par augmentation de volume du deuxième compartiment 153, une diminution de la pression P3. Cette diminution de la pression P3, s'opposant à la diminution de la pression PI, tend à ramener la cloison mobile 17 vers l'avant du propulseur 1 (vers la gauche, en figure 1) . La cloison mobile 17 s'immobilise donc dans une position intermédiaire permettant aux pressions PI et P3 de s'équilibrer ou de se compenser.
[0052] On suppose maintenant que la pression PI augmente, par diminution de la vitesse v, jusqu'à devenir supérieure à la pression P3. La cloison mobile 17 est alors ramenée vers l'avant du propulseur 1 (vers la gauche, en figure 1) . Cela provoque conjointement, par diminution de volume du deuxième compartiment 153, une augmentation de la pression P3. Cette augmentation de la pression P3, s'opposant à l'augmentation de la pression PI, tend à repousser la cloison mobile 17 vers l'arrière du propulseur 1 (vers la droite, en figure 1) . La cloison mobile 17 s'immobilise donc dans une autre position intermédiaire permettant aux nouvelles pressions PI et P3 de s'équilibrer ou de se compenser.
[0053] En résumé, les pressions PI et P3 tendent toutes deux à déplacer le piston 17 dans des directions opposées. Le piston 17 s'immobilise donc, à vitesse v non nulle, dans une position résultant d'un équilibre dynamique s'établissant entre les pressions PI et P3.
[0054] Selon le mode de réalisation exposé en relation avec la figure 1, la cloison mobile 17 comporte une crémaillère 171 disposée parallèlement à l'axe 113 de rotation de l'hélice 11. Sur cette crémaillère 171 vient s'engrener un pignon 173. Le pignon 173 est, en figure 1, maintenu solidaire de la pale 111 de l'hélice 11. La crémaillère 171 est montée de telle sorte qu'un déplacement de la cloison mobile 17 vers l'arrière du propulseur 1 (vers la droite, en figure 1) entraîne une augmentation de l'angle Q de calage de la pale 111. Un mécanisme similaire (non représenté) , permettant de modifier l'angle de la pale 112 de l'hélice 11, est également mis en œuvre .
[0055] Comme mentionné précédemment, une augmentation de la vitesse v conduit, par effet Venturi, à une diminution de la pression PI dans le premier compartiment 151. Cela provoque ainsi un déplacement de la cloison mobile 17 vers l'arrière du propulseur 1 (vers la droite, en figure 1) . Ce déplacement de la cloison mobile 17 tend, par l'intermédiaire de l'engrenage constitué de la crémaillère 171 et du pignon 173, à augmenter l'angle Q d'attaque de la pale 111. De même, une diminution de la vitesse v conduit, par effet Venturi, à une augmentation de la pression PI dans le premier compartiment 151. Cela provoque ainsi un déplacement de la cloison mobile 17 vers l'avant du propulseur 1 (vers la gauche, en figure 1) . Ce déplacement de la cloison mobile 17 tend, par l'intermédiaire de la crémaillère 171 et du pignon 173, à diminuer l'angle Q d'attaque de la pale 111. Des modifications semblables s'opèrent, grâce au déplacement de la cloison mobile 17, sur l'angle d'attaque de la pale 112. Le déplacement du piston 17 dans la chambre 15 entre des positions extrémales conduit ainsi à modifier les angles d'attaque Q et sur une plage angulaire inférieure à 90°, de préférence de l'ordre de 15°.
[0056] On peut donc, par effet Venturi, modifier automatiquement l'angle d'attaque des pales 111 et 112 en fonction de la vitesse v d'écoulement de l'eau autour du propulseur 1. En d'autres termes, la cloison mobile 17 permet, en se déplaçant, d'asservir le pas de l'hélice 11 en fonction de la vitesse v. Le propulseur 1 est donc bien doté d'une hélice 11 à pas variable automatique. En d'autres termes, le propulseur 1 est un propulseur à pas variable automatique.
[0057] En variante, le milieu dans lequel est placé le propulseur 1 est de l'air. Le premier compartiment 151 de la chambre 15 est, le cas échéant, rempli d'air. Un écoulement d'air le long du corps 13 du propulseur 1 provoque, par effet Venturi, une dépression dans le premier compartiment 151. Cette dépression tend, comme exposé précédemment, à décaler le piston 17 vers l'arrière du propulseur 1 (vers la droite, en figure 1), donc à augmenter le pas de l'hélice 11.
[0058] La figure 2 illustre de façon schématique et partielle, par une vue latérale et en coupe, un autre mode de réalisation d'un propulseur 2 à hélice à pas variable automatique.
[0059] Le propulseur 2 de la figure 2 comprend des éléments communs avec le propulseur 1 de la figure 1. Ces éléments communs ne seront pas détaillés à nouveau ci-après.
[0060] Le propulseur 2 de la figure 2 diffère du propulseur 1 de la figure 1 principalement en ce que le propulseur 2 comporte au moins une pièce 135 supplémentaire ou additionnelle. Cette pièce 135 forme, par rapport à une surface externe de la chambre 15, un étranglement 137 se resserrant au voisinage des orifices 131. L'étranglement 137 est, en figure 2, accentué par une géométrie (ou galbe, ou forme) particulière du corps 13 du propulseur 2 à proximité des orifices 131. La pièce 135 est, par exemple, une couronne entourant le corps 13 et fixée au propulseur 2 en plusieurs endroits (non représentés sur la vue en coupe) . [0061] L'étranglement 137 est adapté à accélérer localement l'écoulement du fluide au voisinage des orifices 131. En d'autres termes, le fluide s'écoule localement, à proximité des orifices 131, à une vitesse supérieure à la vitesse v d'ensemble de l'écoulement. Cette accélération locale de l'écoulement permet d'accentuer l'effet Venturi et d'augmenter ainsi la dépression produite à l'intérieur du premier compartiment 151 de la chambre 15. Dans l'exemple de la figure 2, la pression PI régnant dans le premier compartiment 151 du propulseur 2 sera donc, à vitesse d'écoulement v égale, inférieure à la pression PI régnant dans le premier compartiment 151 du propulseur 1 (figure 1) .
[0062] Selon un mode de réalisation préféré, le propulseur 2 comporte également, outre les deux premiers orifices 131, un ou plusieurs deuxièmes orifices 133 parallèles à l'axe 113 de rotation de l'hélice 11. En figure 2, par exemple, deux deuxièmes orifices 133 sont pratiqués dans le propulseur 2. Les orifices 133 forment ainsi des trous traversants (ou prises d'eau) qui débouchent à l'intérieur de la chambre 15. Lorsque le propulseur 2 est immergé, des échanges d'eau peuvent ainsi se produire librement, par l'intermédiaire des orifices 131 et 133, entre l'intérieur et l'extérieur de la chambre 15. Dans l'exemple de la figure 2 :
le premier compartiment 151 communique, via les deux premiers orifices 131, avec l'extérieur de la chambre 15 ; et le deuxième compartiment 153 communique, via les deux deuxièmes orifices 133, avec l'extérieur de la chambre 15. Le deuxième compartiment 153 est alors, en figure 2, empli non plus d'air comme en figure 1, mais d'eau.
[0063] Les deuxièmes orifices 133 permettent, lorsque la vitesse v d'écoulement croît, de faire augmenter la pression P3 régnant à l'intérieur du deuxième compartiment 153 de la chambre 15. Il en résulte qu'un accroissement de la vitesse v entraîne non seulement une diminution, par effet Venturi, de la pression PI, mais aussi une augmentation de la pression P3. Dans l'exemple de la figure 2, les pressions PI et P3 tendent donc toutes deux à déplacer le piston 17 dans un même sens, ici vers l'arrière du propulseur 2 (vers la droite, en figure 2), contrairement à l'exemple de la figure 1 où les pressions PI et P3 tendent à déplacer le piston 17 dans des sens opposés.
[0064] Afin de contraindre ou limiter ce déplacement du piston 17, le propulseur 2 de la figure 2 est, de surcroît, pourvu d'un ressort 19 de rappel, par exemple, à spires non jointives. Le ressort 19 de rappel est disposé suivant l'axe 113 de rotation de l'hélice 11. Ce ressort 19 prend appui :
d'une part sur une surface du piston 17 délimitant le premier compartiment 151 de la chambre 15 ; et
d'autre part sur une face interne du compartiment 151 située à l'arrière du propulseur 2.
[0065] Le ressort 19 tend ainsi, par une force de rappel dirigée parallèlement à l'axe 113, à pousser la cloison mobile 17 vers l'avant du propulseur 2 (vers la gauche, en figure 2), autrement dit vers une position correspondant à une valeur extrémale du pas de l'hélice 11. La valeur extrémale du pas de l'hélice 11 équivaut, en figure 2, à une valeur minimale du pas également appelée « petit pas ».
[0066] On se ramène ainsi à un fonctionnement équivalent à celui de la figure 1, à ceci près que le piston 17 s'immobilise, pour chaque vitesse v, dans une position résultant d'un équilibre dynamique s'établissant non plus entre les pressions PI et P3 seulement, mais entre :
d'une part les pressions PI et P3, qui tendent à repousser le piston 17 vers l'arrière du propulseur (vers la droite, en figure 2) ; et
d'autre part la force exercée par le ressort 19 de rappel, qui tend à ramener le piston 17 vers l'avant du propulseur (vers la gauche, en figure 2) .
[0067] À vitesse v nulle, les pressions PI et P3 sont sensiblement égales. La position du piston 17 est alors située à l'avant du propulseur 1 (à gauche, en figure 2), c'est-à- dire dans la position qui correspond au petit pas de l'hélice 11. Lorsque la vitesse v augmente, le piston 17 vient comprimer le ressort 19 en se déplaçant vers une position correspondant, en figure 2, à une valeur maximale du pas, également appelée « grand pas », de l'hélice 11.
[0068] Un avantage du mode de réalisation exposé en relation avec la figure 2 réside dans le fait que le pas de l'hélice 11 du propulseur 2 est régulé par une force d'origine hydrodynamique, liée de façon biunivoque à la vitesse de 1 ' écoulement .
[0069] Un autre avantage du mode de réalisation de la figure 2 par rapport à celui de la figure 1 est qu'il s'affranchit d'une contrainte de maintien d'une étanchéité dynamique entre les compartiments 151 et 153 de la chambre 15. Les compartiments 151 et 153 peuvent, en effet, s'échanger de faibles quantités d'eau, au regard des volumes des compartiments 151 et 153, sans que cela ne vienne pour autant perturber le fonctionnement du mécanisme de modification du pas de l'hélice 11. Cela permet notamment de relâcher d'éventuelles contraintes de précision dans la fabrication de la chambre 15 et du piston 17.
[0070] Le propulseur décrit en figure 1 ou 2 comporte, en outre, un mécanisme de modification automatique du pas de l'hélice 11 constitué d'un faible nombre de composants. Ce propulseur 2 est donc globalement plus simple à concevoir, à réaliser et à mettre au point que les propulseurs à pas variable automatique existants. [0071] La figure 3 illustre de façon schématique et partielle, par des vues (A) et (B) latérales et en coupe, encore un autre mode de réalisation d'un propulseur 3 à hélice à pas variable automatique .
[0072] Le propulseur 3 de la figure 3 comprend des éléments communs avec le propulseur 2 de la figure 2. Ces éléments communs ne seront pas détaillés à nouveau ci-après.
[0073] Le propulseur 3 de la figure 3 diffère du propulseur 2 de la figure 2 principalement en ce qu' il est dépourvu de l'engrenage constitué de la crémaillère 171 (figure 2) et du pignon 173 (figure 2) .
[0074] Selon ce mode de réalisation, le piston 17 comporte une surface inclinée 175, ou pan incliné, par rapport à l'axe 113 de rotation de l'hélice. Une came 177 est adaptée à porter (ou rouler, ou glisser) contre la surface 175 pour actionner le mécanisme de modification du pas de l'hélice 11. Dans l'exemple de la figure 3, la came 177 est montée à une extrémité d'un levier 179. L'autre extrémité du levier 179 est maintenue solidaire de la pale 111 de l'hélice 11, ou de l'axe 115 de pivotement. En d'autres termes, l'engrenage constitué de la crémaillère 171 (figure 2) et du pignon 173 (figure 2) est remplacé, en figure 3, par la surface inclinée 175 du piston 17, la came 177 et le levier 179.
[0075] Les vues A et B illustrent des positions de pas différentes .
[0076] On considère, dans un premier temps (vue A), que l'hélice 11 du propulseur 3 tourne à une vitesse w autour de l'axe 113. Le fluide s'écoule vers l'arrière du propulseur 3 (flèche 116) à une vitesse vl, par exemple sous l'effet d'un déplacement du propulseur 3 provoqué par la rotation de l'hélice 11. La pale 111 forme alors, par rapport à une normale aux axes 113 et 115, un certain angle de calage Q1. De même, la pale 112 forme alors, par rapport à une normale aux axes 113 et 115, un certain angle de calage al.
[0077] Pour simplifier, on considère par la suite que l'angle de calage de la pale 111 est toujours égal à l'angle de calage de la pale 112. On ne s'intéresse ainsi qu'aux variations de l'angle de calage de la pale 111, les variations de l'angle de calage de la pale 112 s'opérant par un mécanisme similaire.
[0078] On suppose alors que la vitesse de l'écoulement augmente (vue B) pour atteindre une valeur v2 supérieure à vl . Le piston 17 se déplace alors, comme exposé en relation avec la figure 2, en direction de l'arrière du propulseur 3 (flèche 118), venant ainsi comprimer le ressort 19. Grâce au plan incliné 175, l'extrémité du levier 179 sur lequel est montée la came 177 se rapproche donc de l'axe 113. Cela provoque une rotation (flèche 120) de la pale 111 autour de l'axe 115. En vue B, la pale 111 forme alors, par rapport à une normale aux axes 113 et 115, un nouvel angle de calage Q2 supérieur à l'angle de calage Q1 (vue A) . De même, la pale 112 forme alors, par rapport à une normale aux axes 113 et 115, un nouvel angle de calage a2 supérieur à l'angle de calage al (vue A) .
[0079] Un propulseur tel que le propulseur 3 est particulièrement adapté à équiper des embarcations de faible puissance, par exemple des embarcations à propulsion humaine, où un rendement maximal de l'hélice 11 est recherché. On peut alors adapter facilement la régulation du pas de l'hélice 11 en fonction de capacités physiques d'un utilisateur de l'embarcation, par exemple en installant un ressort 19 présentant une constante de raideur différente, ou en modifiant la forme de la came 177.
[0080] La figure 4 représente, par des vues A et B en perspective et en écorché, encore un autre mode de réalisation d'un propulseur 4 à hélice à pas variable automatique. [0081] Les vues A et B illustrent des positions de pas différentes .
[0082] Le propulseur 4 de la figure 4 comprend des éléments communs avec le propulseur 3 de la figure 3. Ces éléments communs ne seront pas détaillés à nouveau ci-après.
[0083] Le propulseur 4 de la figure 4 diffère du propulseur
3 de la figure 3 principalement en ce que piston 17 entraîne en translation un tiroir 47. Ce tiroir 47 actionne un levier 45 relié à la pale 111. Un autre levier 45 (non représenté) est également relié à la pale 112.
[0084] Le corps 13 du propulseur 4 est, en figure 4, constitué d'un moyeu 130 s'emboîtant dans un cône 132. Sur le cône 132 est fixée la pièce 135 permettant d'accentuer la dépression, causée par effet Venturi, au voisinage des premiers orifices 131. L'hélice 11 est fixée sur un arbre 43 d'hélice traversant une pièce 41 de montage au système auquel elle est associée, par exemple une embarcation (non représentée) .
[0085] Le propulseur 4 est, en vue A, représenté dans une position où le ressort 19 est détendu. Cette position correspond au petit pas de l'hélice 11.
[0086] Le propulseur 4 est, en vue B, représenté dans une position où le ressort 19 est totalement comprimé. Cette position correspond au grand pas de l'hélice 11.
[0087] La figure 5 représente un exemple d'embarcation équipée d'un propulseur à hélice à pas variable automatique.
[0088] Dans l'exemple de la figure 5, une embarcation 7 (par exemple, une embarcation à propulsion humaine ou pédalo) comporte au moins un propulseur 4 à hélice à pas variable automatique, par exemple un unique propulseur 4. Le propulseur
4 est fixé à une coque 71 de l'embarcation 7. L'embarcation 7 est pourvue d'une transmission 73 adaptée à modifier la vitesse de rotation de l'hélice 11 du propulseur 4. L'embarcation 7 dispose, en outre, de foils 77 ou ailes profilées ajustables par l'intermédiaire d'un dispositif 75 de contrôle ou palpeur 75 permettant de jauger un enfoncement de l'embarcation 7 par rapport à la surface de l'eau.
[0089] Le propulseur 4 permet de faire voguer l'embarcation 7 sur l'eau. Lorsque l'embarcation 7 navigue, le propulseur 4 est placé dans un écoulement d'eau dont la vitesse d'ensemble v est égale à une vitesse de déplacement de l'embarcation 7 sur l'eau. Le pas de l'hélice 11 du propulseur 4 est ainsi adapté ou asservi en fonction de la vitesse de déplacement de l'embarcation 7. Cela permet, par exemple, à un utilisateur de l'embarcation 7, provoquant la rotation de l'hélice 11 à la force de ses jambes, de maintenir une cadence de pédalage sensiblement constante quelle que soit la vitesse de déplacement de l'embarcation 7.
[0090] La figure 6 représente, de façon partielle, un mode de réalisation d'une hélice 11 de propulseur.
[0091] Selon ce mode de réalisation, la pale 111 de l'hélice 11 possède des dimensions adaptées en fonction de l'application. La pale 112, représentée de façon partielle en figure 6, possède, de préférence, des dimensions identiques à celles de la pale 111. Pour une embarcation à propulsion humaine, telle que l'embarcation 7 (figure 5), la pale 111 possède une longueur, notée LP, d'environ 240 mm, de préférence égale à 240 mm.
[0092] On suppose que l'hélice 11 tourne, à une vitesse angulaire w, autour d'un axe 113 de rotation, comme exposé précédemment en relation avec les figures 1 à 5. Une extrémité inférieure 1111 de la pale 111 est disposée, par rapport à cet axe de rotation 113, à une distance, notée DA, d'environ 35 mm, de préférence égale à 35 mm. De même, une extrémité inférieure 1121 de la pale 112 est disposée, par rapport à l'axe de rotation 113, à une distance DA d'environ 35 mm, de préférence égale à 35 mm. En d'autres termes, les extrémités inférieures 1111 et 1121 des pales 111 et 112, respectivement, sont approximativement équidistantes de l'axe de rotation 113, de préférence équidistantes de l'axe de rotation 113. Les extrémités inférieures 1111 et 1121 sont également appelées « pieds de pale ».
[0093] On définit une grandeur, appelée « pas géométrique », comme étant égale à une distance théoriquement parcourue par l'hélice 11 lorsque ses pales 111 et 112 effectuent un tour complet autour de l'axe de rotation 113. Les pas géométriques de l'hélice 11 sont les suivants :
un grand pas géométrique d'environ 1 m, correspondant à des angles de calage Q2 et a2 (figure 3, vue (B) ) approximativement nuis ; et
un petit pas géométrique d'environ 0,67 m, correspondant à des angles de calage Q1 et al (figure 3, vue (A)) approximativement égaux à -10°.
[0094] L'hélice 11, installée sur le propulseur 4 de l'embarcation 7, permet ainsi d'atteindre :
en grand pas, une poussée d'environ 110 N pour une vitesse de rotation w d'environ 400 tr/min, ce qui correspond, pour l'embarcation 7, à une vitesse de déplacement approximativement égale à 20 km/h ; et
en petit pas, une poussée d'environ 120 N pour une vitesse de rotation w d'environ 400 tr/min, ce qui correspond, pour l'embarcation 7, à une vitesse de déplacement approximativement égale à 10 km/h.
[0095] Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. L'homme de l'art comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, la mise en œuvre de tout type de mécanisme susceptible de transformer le mouvement de translation du piston 17 en un mouvement de pivotement des pales 111 et 112 autour de leur axe 115 est à la portée de l'homme de l'art à partir des indications fournies ci-dessus.
[0096] Enfin, la mise en œuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci- dessus. En particulier, il est possible d'étendre les modes de réalisation décrits ci-dessus à une configuration où l'hélice 11 présente un nombre de pales supérieur à deux.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif comportant une hélice (11) à pas variable et des moyens adaptés à modifier le pas de l'hélice (11) par effet Venturi .
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel un écoulement (116) externe d'un fluide engendre, par effet Venturi, une dépression dans un premier compartiment (151) d'une chambre (15) comportant un ou plusieurs premiers orifices (131) non parallèles à un axe (113) de rotation de l'hélice (11), une variation de cette dépression provoquant un déplacement d'une cloison mobile (17) actionnant un mécanisme de modification du pas de l'hélice (11) ·
3. Dispositif comprenant :
une hélice (11) à pas variable ;
une chambre (15) comportant un ou plusieurs premiers orifices (131) non parallèles à un axe (113) de rotation de l'hélice (11) ;
une cloison mobile (17) délimitant, à l'intérieur de la chambre (15), un premier compartiment (151) communiquant avec l'extérieur par ce ou ces premiers orifices (131) ; et
un mécanisme de modification du pas de l'hélice (11), associé à la cloison mobile (17).
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel une variation d'une dépression, dans le premier compartiment (151), entraîne une modification du pas de l'hélice (11).
5. Dispositif selon la revendication 2 ou 4, dans lequel une augmentation de la dépression provoque une augmentation du pas de l'hélice (11) .
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2, 4, ou 5, dans lequel une diminution de la dépression provoque une diminution du pas de l'hélice (11) .
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel au moins une pièce supplémentaire (135) forme, par rapport à une surface externe de la chambre (15), un étranglement (137) au voisinage de ce ou ces premiers orifices ( 131 ) .
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel la cloison mobile (17) délimite en outre, à l'intérieur de la chambre (15), un deuxième compartiment (153) communiquant avec l'extérieur par un ou plusieurs deuxièmes orifices (133) parallèles à l'axe (113) de rotation de l'hélice (11) .
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, dans lequel la cloison mobile (17) est liée à un ressort (19) de rappel vers une position correspondant à une valeur extrémale du pas de l'hélice (11) .
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, dans lequel la cloison mobile (17) est un piston comportant une surface (175) inclinée, par rapport à l'axe (113) de rotation de l'hélice (11), sur laquelle vient s'appuyer une came (177) adaptée à actionner le mécanisme de modification du pas de l'hélice (11) .
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à
10, dans lequel la cloison mobile (17) est associée à un engrenage, constitué d'une crémaillère (171) et d'un pignon (173), adapté à actionner le mécanisme de modification du pas de l'hélice (11) .
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à
11, dans lequel le mécanisme de modification du pas de l'hélice (11) modifie un angle (q, ; Q1, al ; Q2, a2) de calage de pales (111, 112) sur une plage angulaire inférieure à 90°, de préférence de l'ordre de 15°.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
12, dans lequel l'hélice (11) comporte au moins deux pales (111, 112) disposées radialement et séparées de l'axe (113) de rotation par une distance (DA) d'environ 35 mm, de préférence égale à 35 mm, ces pales possédant une longueur (LP) d'environ 240 mm, de préférence égale à 240 mm.
14. Dispositif propulseur (1 ; 2 ; 3 ; 4) comportant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
13.
15. Embarcation (7) à propulsion humaine comportant au moins un dispositif propulseur conforme à la revendication 14.
16. Dispositif de récupération d'énergie, comportant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.
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JPS59126798U (ja) * 1983-02-17 1984-08-25 三菱重工業株式会社 スクリユ−プロペラ装置
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