Perfectionnements apportés aux propulseurs pour bateaux et notamment aux hélices

Abstract

 Perfectionnements apportés aux propulseurs de bateaux dûs à l'incorporation aux pointes des pales (1) du propulseur d'écrans ou de plaques (2) conçus de telle manière qu'ils sont tangents à la surface de révolution qui entoure la veine liquide (3) qui croise le propulseur, ce qui fait que le rayon du bord postérieur doit être inférieur au rayon correspondant du bord antérieur.

Description

[0001] La présente invention se rapporte, comme indiqué, à certains perfectionnements apportés aux propulseurs pour bateaux et barques. Ces perfectionnements sont plus particulièrement destinés à obtenir une plus grande efficacité propulsive et à réduire les niveaux de bruit et les fluctuations de pression.

[0002] Il est universellement.connu que la poussée développée par les propulseurs résulte des différences de pressions existant entre les faces avant et arrière des propulseurs. (voir :Gonzalo Perez Gomez : Correctiones a la teoria clasica de la impulsion y la habilitacion de la misma para el diseno de propulsores, "Ingeneria Naval", Janvier 1983, et Gonzalo Perez Gomez : "Apuntes de Teoria del Bu- que", Course Edition 1982-1983. Publication de la Escuela Tecnica Superior de Ingenieros Navales .

[0003] L'auteur a déjà démontré que l'efficacité du propulseur est plus grande lorsque la surpression agissant sur la face arrière du propulseur est plus élevée comparativement à l'aspiration s'exerçant sur sa face antérieure (voir: Gonzalo Perez Gomez, Ignacio Baquerioz Briones, Juan Gonzalez Adalid : "Aplicaciôn de la nueva teoria de la impulsion al diseno de propulsores. Comparacion con la teoria de las lineas sustentadoras". Ingeneria Naval, Juillet 1983. Gonzalo Perez Gomez : "Application d'une nouvelle théorie des moments à la conception de propulseurs à haute efficacité ayant une charge finie à la pointe des pales". Mémoire présenté à la "West European Conference of Marine Technologie, Paris, Juin 1984).

[0004] Or, la différence entre les pressions agissant sur les deux faces du propulseur augmente quand celui-ci est cbn- çu demanière que la poussée par unité radiale de longueur des sections annulaires du propulseur croit linéairement du moyeu vers les pointes des pales et lorsque des plaques de fermeture sont montées sur les pointes des pales, comme le montrent les figures I, 4 et 5 (détail 2).

[0005] Dans le brevet espagnol No 444 150, ce perfectionnement est revendiqué comme étant obtenu en utilisant d'autres théories hydrodynamiques.

[0006] Après que ce brevet avait été esquissé, l'auteur a eu l'occasion de consulter les antériorités internationales suivantes concernant l'installation de certaines plaques de fermeture sur les pales de propulseurs, enroulés dans un cylindre coaxial à l'axe:

Brevet US No 170 937 du 14 Décembre 1875 de H.G. Cook et E.W. Barker.

Brevet US No 28 688 du 12 Juin 1860 de D.D.Porter.

Brevet US No 652 123 du 19 Juin 1900 de P.G. Lavi- gne

Brevet US No 695 389 du II Mars 1902 de S.A.Mal lace

[0007] Dans les brevets cités ci-dessus, et dans certains autres postérieurs, l'idée de monter des plaques de fermeture aux pointes des propulseurs de manière qu'elles soient tangentes à un cylindre coaxial à la droite de l'arbre du propulseur est revendiquée.

[0008] Il est alors évident que, en tenant compte des données de ces brevets antérieurs, on est obligé de conclure que l'idée de monter une telle plaque de fermeture qui soit tangente au cylindre circonscrit aux pointes du propulseur (voir Fig. 4) est universellement connue.

Description de l'invention I. Importance de la contraction de la veine liquide passant dans le propulseur et inconvénients des plaques de fermeture cylindriques.

[0009] La veine liquide passant par le disque du propulseur subit une contraction qui provoque l'apparition de vitesses radiales induites dans le fluide (voir Fig. 3, détail 9).

[0010] Quand les propulseurs à haute efficacité décrits ci-dessus sont conçus de manière que les plaques de fermeture soient tangentes au cylindre coaxial à la droite d'arbre du propulseur, les plaques de fermeture interceptent les lignes d'écoulement αu fluide (voir Fig.4). Ce faisant, il se produit un phénomène de séparation du courant et la résistance visqueuse des plaques se déplaçant par rapport au fluide qui les entoure, est augmentée. Ceci se traduit par une diminution de l'efficacité du propulseur.

[0011] De plus, les plaques de fermeture constituent des surfaces limites qui obligent le mouvement du fluide sur la face arrière du propulseur d'être différent de ce qu'il aurait été si la veine liquide s'était contractée libre - ment. En conséquence, ces plaques modifient la distribution des pressions prévue par la théorie.

[0012] Quand les plaques de fermeture interceptent les lignes d'écoulement du fluide, c'est-à-dire quand elles ne sont pas tangentes à la veine fluide, il en résulte des séparations de 1-'écoulement (voir Fig. 6) ayant pour conséquence, l'apparition de mouvements turbulents qui provoquent aussi des phénomènes de cavitation dans la région située en avant du propulseur.

[0013] Une telle cavitation est une cause de bruit considérable et contribue à augmenter les forces de pression exercées par le propulseur sur la coque du bateau.

2. DESCRIPTION DE L'INVENTION

[0014] Afin d'éliminer les inconvénients mentionnés ci-dessus, on a imaginé d'utiliser des plaques de fermeture montées de manière à ne pas être tangentes au cylindre circonscrit autour du propulseur (voir Fig. 4).

[0015] Lorsqu'on calcule les caractéristiques hydrodynamiques du propulseur, il est nécessaire de calculer la loi de variation axiale du rayon de la surface de révolution . r-f(x) qui entoure la veine liquide (voir Fig. 2). L'intersection d'une telle surface avec les sections des pointes du propulseur, plaques de fermeture exclues, doit aussi être déterminée (courbe 17, Fig.5).

[0016] Les surfaces du propulseur extérieures à la surface entourant la veine liquide doivent être éliminées (région 18 de la Fig.5).

[0017] Il est évident que les sections des pointes (courbe 17, Fig.5) de ce nouveau type de propulseur ne sont pas cylindriques car le rayon de la pointe croit de façon monotone de son bord arrière à son bord avant.

[0018] Dans ce nouveau type de propulseur, les plaques de fermeture doivent être conçues pour s'étendre tangentiellement à la surface entourant la veine liquide, comme indiqué - sur la figure.5. En conséquence, le rayon de courbure de ces plaques varie axialement et il en est de même avec l'angle que les sections méridionales des plaques de fermeture forment avec les sections méridionales des pales des propulseurs. La génératrice des plaques de fermeture (voir liqne 19, Fig.5) doit être tangente à la surface extérieure entourant la veine liquide (surface 3 de la Fig. 5).

[0019] Il convient de souligner qu'il est important que lesplaques de fermeture soient tangentes à la surface entourant la veine liquide car s'il n'en est pas ainsi, l'efficacité maximale dans l'élimination du phénomène de séparation de l'écoulement produit quand les lignes d'écoulement passent au-dessus des plaques de fermeture, n'est pas réalisée.

3. Avantages du nouveau perfectionnement

3.I. Réalisation d'une meilleure efficacité propulsive que

celle obtenue présentement.

[0020] Selon la référence 3, de Gonzalo Perez Gomez, Ignacio Baquerizo Briones, Juan Gonzalez Adalid : "Aplicacion de la nueva teoria de la impulsion al dineo de propulsores. Comparacion con las lineas sustentadoras". Ingenieria Naval, . Juillet 1983, l'efficacité la plus élevée peut être obtenue actuellement en calculant les pales des propulseurs de telle manière que la distribution radiale de la poussée, par unité de longueur, correspondent aux éléments annulaires de la pale soit approximativement linéaire et aille en augmentant du moyeu vers la pointe. Des plaques de fermeture appropriées doivent être placées dans les pointes de pales ayant la largeur convenable de façon à convenir à la poussée qui est requise dans les éléments de pointe annulaires.

[0021] Avec le type de propulseur où les plaques de fermeture sont enroulées en un cylindre circonscrit autour de celui-ci, on obtient une efficacité considérablement plus élevée comparativement aux propulseurs classiques. Grâce au perfectionnement proposé, qui consiste à enrouler les plaques de fermeture au-dessus de la surface de révolution enfermant la veine liquide, on obtient une efficacité encore plus élevée que celles mentionnées précédemment, du fait de la réduction des forces visqueuses s'opposant au mouvement des plaques de fermeture.

3.2. Réduction de l'intensité des bruits émis par le propulseur et de l'intensité des forces de pression s'exerçant sur la coque du fait du propulseur.

[0022] L'intensité des bruits produits par le propulseur et celle des forces de pression exercées sur la coque du bateau dépendent essentiellement de l'importance de la cavitation qui se développe dans l'écoulement autour du propulseur.

[0023] Du fait qu'on a affaire à un propulseur où une charge finie s'exerce sur les pointes des pales, l'aspiration agissant sur la face antérieure est moindre que celle créée dans les propulseurs classiques et, par conséquent, l'importance de la cavitation sur les pales du propulseur est moindre.

[0024] Les phénomènes de séparation de l'écoulement sur lesplaques de fermeture ne se produisent pas car celles-ci s'enroulent au dessus de la surface entourant la veine liquide et, de ce fait, la cavitation associée à cette séparation n'existe pas, à la différence de ce qui se produit avec les propulseurs dont les plaques de fermeture s'enroulent au-dessus du cylindre circonscrivant le propulseur. Il convient de remarquer qu'avec les types de propulseurs les plaques de fermeture interceptent les lignes d'écoulement du fluide. 3.3. Augmentation de l'efficacité du gouvernail.

[0025] Comme l'on sait, la réponse du bateau à l'action du gouvernail dépend de sa géométrie et est fonction du carré de la vitesse d'incidence de l'eau sur le gouvernail.

[0026] Un propulseur ayant une charge finie aux pointes des pales et comportant des plaques de fermeture envoie, vers le gouvernail, un courant d'eau plus concentré qu'un propulseur classique où le flux de l'eau est étalé aux pointes des pales. En conséquence, le premier type de propulseur rend le gouvernail plus efficace que le second.

[0027] Un propulseur ayant une charge finie aux pointes des pales et comportant des plaques de fermeture enroulées autour de la surface de révolution qui encercle la veine liquide force le courant d'eau envoyé vers le gouvernail à devenir plus uniforme et même à se contracter car, au bord arrière de la section des pointes, le rayon du propulseur est plus petit que celui d'un propulseur classique ayant le même diamètre nominal.

3.4 La forme les matières et les dimensions peuvent varier ainsi que tout ce qui est accessoire et secondaire à condition de ne pas altérer, changer ou modifier les principes essentiels des perfectionnements décrits ci-contre.

[0028] Les termes dans lesquels le présent mémoire est rédigé sont certains et exposent avec précision les perfectionnements décrits et ils doivent être interprêtés dans un sens large et non pas dans un sens plus limité.

4. Description des figures.

4.I Figure I.

[0029] Cette figure représente, de manière non limitative l'intersection d'une pale de propulseur (I) et de la plaque de fermeture associée (2) par un plan passant par la droite d'arbre du propulseur.

[0030] Sont esquissés sur cette figure, le plan d'intersection avec la surface de révolution qui entoure la veine liquide .(3) et le fait que la plaque de fermeture (2) est tangente à la surface de révolution qui entoure la veine liquide (3) qui, en même temps, a un plus grand diamètre en avant du propulseur qu'après celui-ci.

4.2. Figure 2.

[0031] Cette figure est une vue en perspective d'un aspect possible de la surface de révolution (3) qui encercle la veine liquide.

[0032] Sont aussi esquissés sur cette figure deux sec- ions génériques situées respectivement en avant (4) et en arrière (5) du propulseur, la droite d'arbre (8), deux axes de référence cartésiens (6) et une section générique (7) d'abscisse x et de rayon r. En même temps le fait a été représenté que la section (4) appartient à un cercle dont le rayon est plus grand que celui de la section (5). 4.3. Figure 3

[0033] Cette figure représente l'intersection (3) entre la surface de révolution qui encercle la veine liquide et un plan générique qui contient la droite d'arbre (8).

[0034] On a également représenté sur cette figure les composantes radiale (9) et axiale (10) du secteur vitesse (II) correspondant à une ligne d'écoulement enroulée dans la surface (3). 4.4. Figure 4.

[0035] Cette figure est une vue en perspective d'une pale générique (I) d'un propulseur ayant un moyeu. (I2) et dont la plaque de fermeture est tangente au cylindre circonscrit (13) au propulseur lui-même.

[0036] Sont également esquissés sur cette figure la surface de révolution (3) qui entoure la veine liquide, la section rectiligne (14) du cylindre (13) et le fait que la surface (3a) intercepte la plaque de fermeture (2).

[0037] La référence (15) désigne une génératrice de plaque de fermeture qui est parallèle à la génératrice de cylindre (13).

[0038] La référence (16) désigne l'intersection entre la plaque de fermeture et la pale de propulseur.

4.5. Figure 5

[0039] Cette figure représente en perspective une pale générique (I) d'un propulseur ayant un moyeu (12) et dont la plaque de fermeture (2) est tangente à la surface de révolution (3) qui entoure la veine liquide qui croise le propulseur.

[0040] Sont esquissés sur cette figure : le cylindre (I3) coaxial à la droite d'arbre (8) qui a un rayon égal à celui du bord antérieur ue la section de pointe du propulseur et à celui de la section rectiligne (I4) de ce cylindre.

[0041] La référence (17) désigne l'intersection entre la pale de propulseur (I) et la surface de révolution (3) qui entoure la veine liquide.

[0042] La référence (18) désigne l'aire de la pale extérieure à la surface de révolution (3).

[0043] La référence (19) se rapporte à une génératrice de plaque de fermeture qui doit être tangente à la surface de révolution (3).

4.6. Figure 6

[0044] Cette figure est une vue en perspective d'une pale de propulseur générique (I), le cylindre (13) étant circonscrit par le propulseur, tandis qu'une ligne d'écoulement (20) s'enroule à la surface de révolution qui entoure la veine liquide.

[0045] Une telle ligne d'écoulement (20) est interceptée par la plaque de fermeture (2) au point A et progresse au dessus de cette plaque de fermeture jusqu'au point B où se produit une séparation et,par conséquent, une cavitation à l'intérieur des tourbillons (21) est aussi produite. Ces tourbillons suivent son mouvement de manière asymptotique jusqu'à ce qu'ils poursuivent leur enroulement en aval sur la surface de révolution qui entoure la veine liquide.

Revendications

I. Perfectionnements apportés aux propulseurs de bateau dûs à l'incorporation aux pointes des pales du propulseur d'écrans ou de plaques conçus de telle manière qu'- ils sont tangents à la surface de révolution qui entoure la veine liquide qui croise le propulseur, ce qui fait que le rayon du bord postérieur doit être inférieur'au rayon correspondant du bord antérieur.

2. Perfectionnements apportés aux propulseurs de bateaux, selon la revendication I, caractérisés en ce que lesdits écrans ou lesdites plaques peuvent être incorporés de la manière décrite, dans n'importe quel type de propulseur ayant n'importe quel nombre de pales et n'importe quel contour géométrique.

Dessins