Domaine de l'invention
[0001] L'invention concerne le domaine de la propulsion des navires, submersibles et insubmersibles,
au moyen de propulseurs immergés, à l'extérieur de la coque, par exemple sous ou à
côté de la coque d'un navire submersible, tel qu'un bateau, ou de n'importe quel côté
de la coque d'un sous-marin. Elle concerne plus particulièrement une telle unité de
propulsion par hydrojet, entraînée par un moteur électrique.
Art antérieur et problème posé
[0002] Dans le domaine de la propulsion des navires, submersibles ou insubmersibles, il
est connu d'utiliser plusieurs techniques de propulsion mettant en oeuvre des nacelles
de propulsion complètement immergées. Parmi celles-ci, on cite la propulsion par jets
hydrauliques, appelée communément « hydrojet ». Une telle technique est illustrée
par la demande de brevet français du même déposant de la présente demande et publiée
sous le numéro 2 766 262. Cette technique utilise le principe de la réaction, l'eau
étant aspirée par une prise d'eau placée devant la nacelle. Une pompe à haut rendement,
placée à l'intérieur de cette dernière, communique de l'énergie à l'eau pour la propulser
à l'extérieur sous la forme d'un jet, par une tuyère, créant ainsi une poussée qui
propulse le navire. Une telle nacelle pouvant être orientée en azimut, la direction
de propulsion peut être choisie par la rotation de ladite nacelle. Ce type de propulseur
permet donc à un navire d'effectuer n'importe quelle manoeuvre au port, de se stabiliser
en route ou de faire du positionnement dynamique, sans utilisation d'un autre mécanisme.
Une telle nacelle peut également être orientée autour d'un axe horizontal pour permettre
de changer l'assiette ou la profondeur d'un sous-marin.
[0003] D'autre part, dans un deuxième type de propulsion par nacelle immergée, on peut également
citer la demande de brevet français du même déposant, publié sous le numéro 2 768
119, qui décrit un propulseur naval à hélice centrale et moteur asynchrone discoïde.
Un tel propulseur est constitué principalement d'un moyeu central entouré des aubes
d'une hélice autour desquelles est fixé le rotor électrique de forme discoïde et un
fourreau portant des paliers. Le stator est placé de part et d'autre du rotor électrique,
autour des paliers. En d'autres termes, le moteur électrique entoure la canalisation
à l'intérieur de laquelle se trouve l'hélice et dans laquelle passe le flux d'eau.
Toutefois, ce type de propulseur ne présente pas un excellent rendement, est très
bruyant et soumis aux problèmes de la cavitation.
[0004] Le but de l'invention est de proposer un troisième type de propulseur naval immergé
et placé dans une nacelle, en évitant les inconvénients liés à ces deux types de propulseurs.
Résumé de l'invention
[0005] L'objet principal de l'invention est donc un propulseur de navire, en nacelle, utilisant
à la fois la technique de l'hydrojet et la propulsion par un moteur électrique creux,
c'est-à-dire entourant les éléments hydrauliques propulseurs et le flux d'eau propulsé.
Il comprend principalement une nacelle à l'intérieur de laquelle se trouvent les éléments
suivants :
- un moteur électrique ;
- un ensemble tournant de propulsion entraîné par le moteur électrique ;
- une tuyère de sortie, fixée à l'arrière de la nacelle, en aval de l'ensemble tournant
de propulsion ; et
- des redresseurs fixés à la nacelle.
[0006] Le propulseur se caractérise selon l'invention en ce que l'ensemble tournant de propulsion
est de type hydrojet, et est constitué de :
- une vis hydraulique ; et
- une pompe hélico-axiale placée en aval et solidaire de la vis hydraulique ; et
en ce que le moteur électrique est du type creux, c'est-à-dire ayant un rotor
et un stator de diamètre relativement large et percé en leur partie centrale, afin
d'entourer l'ensemble tournant de propulsion, pour que le rotor soit fixé autour de
l'ensemble tournant de propulsion, dans le but de l'entraîner en rotation.
[0007] Dans la réalisation préférentielle de l'invention, le rotor du moteur est placé autour
de la vis hydraulique.
[0008] Pour faire pénétrer l'eau à l'intérieur de la nacelle et en particulier en amont
de la vis hydraulique, il est prévu d'utiliser des ouïes d'entrée placées latéralement.
[0009] Dans la principale réalisation mécanique de l'ensemble tournant de propulsion, celui-ci
est monté sur un arbre monté lui-même tournant dans la nacelle par des paliers et
butées hydrauliques.
[0010] Selon l'invention, le moteur électrique peut être de deux types, un premier qui est
du type à champ radial, le moteur étant de large diamètre extérieur, le deuxième étant
de type à champ axial, et étant de même diamètre intérieur, mais de plus grande longueur.
Liste des figures
[0011] L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises
à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple, et illustrée de
deux figures représentant respectivement :
- figure 1, en coupe, une première réalisation du propulseur selon l'invention, équipé
d'un moteur électrique axial ; et
- figure 2, en coupe, une deuxième réalisation du propulseur selon l'invention, équipé
d'un moteur électrique radial.
Description détaillée de deux réalisations de l'invention
[0012] La figure 1 représente le propulseur selon l'invention, équipé d'un moteur électrique
à champ axial, c'est-à-dire avec une forme plutôt allongée autour de l'axe 1 du propulseur.
A l'intérieur d'une nacelle 2 est donc monté tournant un arbre 3, au moyen de paliers-butées
hydrauliques 4V et 4R, montés respectivement dans une partie avant 2V et une partie
arrière 2R de la nacelle 2. Au niveau de l'extrémité avant 3V de l'arbre 3, c'est-à-dire
en aval de la partie avant 2V de la nacelle 2, se trouve une chambre d'entrée 5 équipée
de plusieurs ouïes 6 placées latéralement par rapport à l'axe 1 du propulseur. L'eau
est donc aspirée par ces ouïes 6 pour pénétrer à l'entrée d'un ensemble tournant de
propulsion supporté par l'arbre 3.
[0013] Autour de ce dernier est fixée une vis hydraulique 7. A la sortie de cette dernière,
la forme interne de la nacelle 2 s'élargit pour former un canal torique bombé autour
de la partie arrière 2R de la nacelle 2. Dans la première partie qui s'évase du canal
bombé, se trouvent les aubes 8 d'une pompe hélico-axiale, solidaire de l'arbre 3.
Elles sont suivies, dans la deuxième partie qui se ressert du canal bombé, par des
redresseurs 9 fixés à la nacelle 2. Le circuit hydraulique du propulseur se termine
par une tuyère 10 fixée à la nacelle 2.
[0014] Le moteur électrique est du type immergé dans l'eau et est placé axialement autour
de la vis hydraulique 7. Le stator 11S est solidaire de la nacelle 2, tandis que le
rotor 11R est fixé autour de la vis hydraulique 7 et est donc intégré sur l'ensemble
tournant de propulsion. Le stator 11S et le rotor 11R sont chemisés. Le moteur peut
être soit synchrone, soit asynchrone.
[0015] Les paliers-butées 4V et 4R sont du type hydraulique, plus précisément ils sont alimentés
en permanence par de l'eau dans laquelle se trouve la nacelle, sous pression.
[0016] La figure 2 représente le propulseur selon l'invention dans une réalisation utilisant
un moteur du type radial, c'est-à-dire que le champ électrique est radial. En conséquence,
son diamètre extérieur est un peu plus important que celui du moteur axial utilisé
dans la réalisation décrite à la figure 1. Par contre, sa longueur est plus courte.
[0017] La nacelle 12 s'apparente à la nacelle 2 de la figure 1 et l'ensemble tournant de
propulsion est quasiment identique. La vis, les aubes 8 de la pompe hélico-axiale,
les redresseurs 9 et la tuyère 10, sont identiques. Il en est de même pour l'arbre
3 de l'ensemble tournant de propulsion qui est également monté tournant, par des paliers-butées
4V et 4R dans des parties respectives avant 12V et arrière 12R de la nacelle 12.
[0018] Par contre, le début du parcours hydraulique est un peu différent en ce sens que
la chambre d'entrée 15 est un peu plus allongée, des ouïes 16 étant toutefois également
placées latéralement.
[0019] Le moteur comprend donc un rotor 21R de forme discoïde fixé autour de la vis hydraulique
17. Il est placé entre les deux parties 21S du stator qui sont fixes par rapport à
la nacelle 12.
Avantages du propulseur selon l'invention
[0020] Plusieurs avantages sont inhérents à la technique de propulsion par hydrojet. En
effet, à puissance égale, un propulseur à hélice tourne environ à 150 tours/minute,
tandis qu'un propulseur à hydrojet tourne environ à 600 tours/minute. La taille des
moteurs étant inversement proportionnelle à la vitesse de rotation, le moteur, utilisé
dans une technique hydrojet, est beaucoup plus compact que celui utilisé pour entraîner
une hélice.
[0021] Il est avantageux de coupler sur une même nacelle deux propulseurs, c'est-à-dire
deux ensembles hydrojets. En effet, cela permet d'annuler le couple de torsions sur
le système d'orientation de la nacelle si les deux groupes travaillent, l'un en rotation
dextrogyre, et l'autre en rotation sénestrogyre, les deux couples s'annulant.
[0022] A grande vitesse, les propulseurs à hélice ont tendance à subir de la cavitation.
Ce phénomène provoque du bruit et des risques d'endommagements au niveau des pales,
contrairement au système de propulsion par hydrojet, qui ne cavite pas.
[0023] L'utilisation de paliers-butées hydrauliques permet de ne pas utiliser de roulements
à billes. Ceci renforce la résistance aux chocs, notamment aux chocs militaires.
[0024] Du point de vue de la discrétion acoustique, la propulsion par hydrojet présente
de nombreux avantages. En effet, le type de pompe, la vitesse, le fait qu'elle soit
gavée par une vis hydraulique et que l'écoulement de l'eau se fasse en canal confiné
sont autant d'avantages par rapport à l'hélice qui tourne en milieu ouvert et à basse
fréquence. Il en est de même pour l'utilisation de paliers-butées hydrauliques, en
remplacement de roulements à billes de nature bruyante.
[0025] Le propulseur selon l'invention ne nécessite pas d'auxiliaire de ventilation, de
lubrification ou de refroidissement. L'inversion de poussée se fait comme sur les
hydrojets classiques avec un déflecteur concave, manoeuvré par un vérin.
[0026] Le rendement d'une pompe hélico-axiale, utilisée dans le propulseur selon l'invention,
associée à une vis hydraulique qui gave l'entrée de la pompe hélico-axiale, est de
l'ordre de 75 %. On peut donc envisager une augmentation de 10 % sur le rendement
global de propulsion par rapport à une hélice traditionnelle.
[0027] L'utilisation de la propulsion par hydrojet, et en particulier par double hydrojet,
peut être intégrée harmonieusement dans les lignes d'eau et dans les formes de la
carène du navire. Dans ce cas, elle se trouve donc bien moins en porte-à-faux qu'un
propulseur à hélice, détaché de la coque du navire dans une nacelle monté en bout
d'un mât. La traînée hydraulique et la vulnérabilité tactique s'en trouvent considérablement
réduite.
[0028] Il est possible d'utiliser quatre propulseurs selon l'invention sur une même plate-forme
orientable, cette solution favorise une intégration dans la carène.
1. Propulseur de navire en nacelle et utilisant un moteur électrique comportant :
- une nacelle (2, 12);
- un moteur électrique (11R, 11S, 21R, 21S) placé dans la nacelle ;
- un ensemble tournant de propulsion (16, 17, 8, 9) entraîné par le rotor du moteur
électrique ; et
- une tuyère de sortie (10), fixée à l'arrière de la nacelle (2, 12), en aval de l'ensemble
tournant de propulsion ; et
- des redresseurs (9) fixés à la nacelle (2, 12) ,
caractérisés en ce que l'ensemble tournant de propulsion est de type hydrojet, et comprend :
- une vis hydraulique (7, 17) ; et
- une pompe hélico-axiale (8) placée en aval et solidaire de la vis hydraulique (7,
17), et
en ce que le moteur électrique est du type creux, c'est-à-dire ayant un rotor (11R, 21R) et
un stator (11S, 21S) de large diamètre et percés en leur partie centrale afin d'entourer
l'ensemble tournant de propulsion et pour que le rotor (11R, 11S) soit fixé autour
de l'ensemble tournant de propulsion.
2. Propulseur de navire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (11R, 11S) est placé autour de la vis hydraulique (7, 17).
3. Propulseur de navire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des ouïes latérales (6, 16) pour l'entrée de l'eau dans l'ensemble tournant
de propulsion.
4. Propulseur de navire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble tournant de propulsion est monté sur un arbre (3) monté tournant dans
la nacelle (12) par des paliers-butées hydrauliques (4V, 4R) .
5. Propulseur de navire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur électrique (11R, 11S) est à champ axial.
6. Propulseur de navire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur électrique (21R, 21S) est à champ radial.
1. Gondel-Schiffsantrieb mittels eines Elektromotors mit:
- einer Gondel (2, 12)
- einem Elektromotor (11R, 11S, 21R, 21S), der in der Gondel angebracht ist,
- einer von dem Rotor des Elektromotors angetriebenen Drehantriebseinheit (16, 17,
8, 9), und
- einem an der Rückseite der Gondel (2, 12) stromab der Drehantriebseinheit befestigtes
Ausgangsrohr (10), und
- an der Gondel (2, 12) befestigte Gleichrichter bzw. Umrichter (9),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Drehantriebseinheit vom Wasserstrahltyp ist und umfasst:
- eine hydraulische Schraube (7, 17), und
- eine schraubenflügel-axiale Pumpe (8), die stromab angebracht und mit der hydraulischen
Schraube (7, 17) einstückig ist, und dass
der Elektromotor hohl ist, d.h. einen Rotor (11R, 21R) sowie einen Stator (11S,
21S) von großem Durchmesser aufweist, die in ihrem zentralen Teil durchbohrt sind,
um die Drehantriebseinheit zu umgeben, und damit der Rotor (11R, 11S) um die Drehantriebseinheit
herum befestigt ist.
2. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (11R, 11S) um die hydraulische Schraube (7, 17) herum angebracht ist.
3. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er laterale Öffnungen (6, 16) für den Eintritt des Wassers in die Drehantriebseinheit
aufweist.
4. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehantriebseinheit auf einer Welle (3) angebracht ist, die in der Gondel (12)
über hydraulische Axiallager bzw. Drucklager (4V, 4R) drehbar angebracht ist.
5. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (11R, 11S) ein axiales Feld aufweist.
6. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (21R, 21S) ein radiales Feld aufweist.
1. A ship's engine arranged in a pod and utilizing an electrical motor, comprising:
- a pod (2, 12);
- an electrical motor (11R, 11S, 21R, 21S) arranged in the pod;
- a rotating engine assembly (16, 17, 8, 9) driven by the rotor of the electrical
motor, and
- an outlet nozzle (10), fixed to the rear of the pod (2, 12), downstream of the rotating
engine assembly, and
- guide vanes (9) fixed to the pod (2, 12),
characterized in that the rotating engine assembly is of the hydrojet type and comprises:
- a hydraulic screw (7, 17) and
- a helico-axial pump (8) placed downstream and integral with the hydraulic screw
(7, 17) and
in that the electrical motor is of the hollow type; that is, having a wide diameter rotor
(11R, 21R) and a stator (11S, 21S) and hollow in its central part in order to surround
the rotating engine assembly and so that the rotor (11R, 11S) is fixed around the
rotating engine assembly.
2. The ship's engine according to claim 1, characterized in that the rotor (11R, 11S) is placed around the hydraulic screw (7, 17).
3. The ship's engine according to claim 1, characterized in that it comprises lateral intakes (6, 16) for entry of the water into the rotating engine
assembly.
4. The ship's engine according to claim 1, characterized in that the rotating engine assembly is mounted on a shaft (3) mounted rotationally in the
pod (12) by means of hydraulic thrust bearings (4V, 4R).
5. The ship's engine according to claim 1, characterized in that the electrical motor (11R, 11S) is of the axial field type.
6. The ship's engine according to claim 1, characterized in that the electrical motor (21R, 21S) is of the radial field type.