Virole annulaire profilée pour hélice de ventilateur et son application aux motoventilateurs d'automobile

Description

[0001] La présente invention concerne les dispositifs de carénage des hélices, notamment axiales par exemple pour groupes motoventilateurs d'automobile.

[0002] Divers profils de carénage ont déjà été proposés pour des viroles montées sur les têtes des pales d'hélice de ventilateur. Parmi ces profils, en section droite méridienne, se trouve l'arc de cercle qui confère à l'hélice une entrée évasée dans le carénage tournant ou virole, de façon à minimiser le décollement des filets d'air s'écoulant le long du profil du carénage.

[0003] Toutefois, il se forme habituellement au contournement de la collerette d'entrée d'une telle virole, un décollement, stationnaire ou non, des filets d'air de plus ou moins grande amplitude, qui provoque une dégradation des performances aérodynamiques des parties en tête de pales.

[0004] Un tel décollement entraîne la formation de tourbillons et interagit avec les couches fluides tapissant l'intrados et l'extrados des pales. Il en résulte des conditions d'écoulement particulièrement défavorables, tout spécialement dans la partie de tête des pales, qui introduisent :

• une perte additionnelle de pression totale du fluide, à la traversée de l'hélice;
• une augmentation perceptible du niveau sonore de fonctionnement de l'installation.

[0005] Des exemples de solution selon la technique antérieure sont illustrés par le document US 3 937 192. On observera en particulier qu'une telle solution impose un jeu ou écart important, de l'ordre d'une vingtaine de millimètres, entre la paroi extérieure de la virole annulaire tournante raccordée aux têtes des pales, et la paroi intérieure du carénage fixe ou buses, qui lui fait face.

[0006] Toutefois, cette solution ne convient pas pour obtenir une réelle augmentation des performances des hélices.

[0007] Un autre état de la technique est illustré aussi par les documents EP 0 490 308 (Etat de la technique selon l'Art. 54(3) CBE.) et DE 27 03 352.

[0008] Tous les éléments qui sont nécessaires à l'invention et qui sont aussi présents dans le document allemand cité en dernier lieu sont énoncés dans le préambule de la revendication 1 dont la partie caractérisante notamment expose les particularités distinctives de l'invention.

[0009] L'invention a pour objet une virole annulaire profilée solidaire de la tête de chacune des pales d'une hélice de ventilateur, du type présentant une collerette d'entrée cintrée dont la convexité est dirigée vers l'axe. Cette virole est caractérisée en ce que la collerette a une longueur axiale donnée et une section droite méridienne configurée approximativement en quart d'ellipse dont l'excentricité est de l'ordre de 1,5 et dont le demi-grand axe est compris entre environ le tiers et la moitié de cette longueur axiale donnée.

[0010] L'invention a aussi pour objet l'application d'une telle virole à la confection d'hélice pour motoventilateur d'automobile.

[0011] D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la lecture de la description et des revendications qui suivent, ainsi que de l'examen du dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple, où :

• la Figure 1 est une vue partielle schématique d'un mode de réalisation d'une virole selon l'invention;
• les Figures 2A, 2B, 2C sont des sections méridiennes de détail, partielles de variantes d'exécution d'une virole selon l'invention;
• la Figure 3 illustre des graphes comparatifs des pressions et des rendements, en fonction du débit, pour une hélice équipée d'une virole traditionnelle (trait mixte) et une hélice équipée d'une virole selon l'invention (traits fort); et
• la Figure 4 est un graphe illustrant le résultat de l'analyse harmonique normalisée, au tiers d'octave en classe A, du bruit rayonné par une hélice équipée d'une virole traditionnelle (trait fin) et une hélice équipée d'une virole selon l'invention (trait fort).

[0012] Les hélices de ventilateur, et tout spécialement celles des motoventilateurs d'automobile, étant bien connues dans la technique, on ne décrira dans ce qui suit que ce qui concerne directement ou indirectement l'invention. Pour le surplus, le spécialiste de la technique considérée puisera dans les solutions classiques courantes à sa disposition pour faire face aux problèmes particuliers auxquels il est confronté.

[0013] Dans ce qui suit, un même numéro de référence identifie toujours un même élément homologue, quel que soit le mode de réalisation ou sa variante d'exécution.

[0014] Pour la commodité de l'exposé, on décrira successivement les divers constituants d'une virole annulaire profilée suivant l'invention avant d'en exposer son fonctionnement et sa fabrication.

[0015] Comme on le voit, une virole 10 annulaire profilée selon l'invention, est destinée à être associée aux pales 20 d'une hélice de ventilateur. Plus particulièrement, la virole 10 est destinée à être fixée à la tête 21 de chacune des pales dont le pied 22 est porté par un moyeu 30 destiné à être entraîné par un arbre d'axe 100 d'un moteur électrique, non représenté. Chaque pale 20 présente aussi un bord d'attaque 23 et un bord de fuite 24.

[0016] Comme on le voit, la virole annulaire profilée 10 présente une collerette 11 d'entrée cintrée, dont la convexité est dirigée vers l'axe 100 suivant lequel l'hélice tourne normalement et duquel elle est coaxiale. Cette collerette 11 a une longueur l axiale donnée et a une section droite méridienne 110 configurée approximativement en quart d'ellipse. L'excentricité e de cette ellipse est définie, comme il est classique, par le rapport de ses demi-grand axe et demi-petit axe a et b respectivement, et est de l'ordre de 1,5. La longueur du demi-grand axe a de cette ellipse est comprise entre environ le tiers et la moitié de la longueur axiale donnée l de la collerette.

[0017] Comme on peut l'observer, le grand axe de cette ellipse est parallèle à l'axe 100 de la virole annulaire 10.

[0018] La collerette 11 est munie de préférence d'un rebord 12 frontal centrifuge, comme illustré, dont l'amplitude angulaire θ, mesurée du centre O de l'ellipse à partir de son grand axe, n'excède pas environ 45°. De préférence, ce rebord 12 a une section droite méridienne 120 courbe qui est approximativement elliptique voire circulaire.

[0019] S'il y a lieu, la collerette 11 est munie d'un prolongement 13, postérieur, qui est délimité par une paroi intérieure 131 faisant face à l'axe 100 et par une paroi extérieure 132. De préférence, la paroi intérieure 131 a une section droite méridienne 1310 courbe, qui est approximativement elliptique voire circulaire. De préférence, la paroi extérieure 132 a une section droite méridienne 1320 rectiligne qui est, par exemple parallèle à l'axe 100 de la virole annulaire. Il est clair que les configurations particulières propres aux parois intérieure 131 et extérieure 132 peuvent ne pas être adoptées simultanément

[0020] Comme il est classique, cette virole 10 selon l'invention est destinée à tourner de préférence dans une buse 40 de carénage qui est fixe. Une telle buse est par exemple fixée sur la paroi antérieure d'un radiateur de refroidissement d'un moteur thermique d'automobile ou d'un échangeur d'un climatiseur de l'habitacle.

[0021] Comme on peut l'observer en particulier sur les Figures 2B et 2C, l'épaisseur du prolongement postérieur 13 de la virole 10 n'est pas constante, et va s'amincissant dans le sens du flux d'air, de l'amont vers l'aval.

[0022] Pour les exemples comparatifs de performance qui suivent, on a utilisé une virole annulaire profilée selon l'invention dont la longueur axiale donnée l est de 32 mm, dont l'ellipse a un demi-grand axe a de 12 mm, et un demi-petit axe b de 8 mm, dont le diamètre maximal D_e mesuré au rebord frontal est de 284 mm, dont le diamètre D_i intérieur est de 260 mm et dont l'épaisseur maximale entre les parois intérieure et extérieure est de 3 mm.

[0023] L'examen des graphes indique clairement qu'une hélice équipée d'une virole selon l'invention améliore les rendements aéraulique tout en maintenant voire réduisant le niveau sonore du bruit dans les conditions normales de fonctionnement. Cette analyse harmonique au tiers d'octave, en pondération A, est conduite selon le protocole d'essais classique en la matière, côté aspiration, en chambre sourde et en champ libre c'est-à-dire que l'hélice pourvue de sa virole selon l'invention et placée dans son carénage fixe ou buse, est seule étudiée lorsqu'elle tourne à 2300 t/min (voir Figure 4). Sur les graphes de la Figure 3, on a porté en abscisses le débit Q et en ordonnées le rendement η exprimé en pourcentage et la différence de pression Δp statique, entre amont et aval, exprimée en millimètre d'eau, la plage de fonctionnement est indiquée en trait fort sur l'axe des abscisses.

[0024] Il est clair que la configuration ellipsoïdale peut être approchée par une configuration circulaire osculatrice. De même, les raccordements entre collerette, rebord frontal et prolongement postérieur sont faits de manière à former une surface continue, de préférence sans zone anguleuse marquée; ces raccordements sont par exemple obtenus par des arcs de cercle.

[0025] Une telle virole peut être fabriquée en métal ou en matériau synthétique. Lorsqu'on utilise ce dernier type de matériau, une telle virole peut alors être moulée d'un seul tenant avec les pales et le moyeu d'une hélice.

[0026] Ce qui précède montre tout l'intérêt et les avantages apportés par l'invention tout spécialement lorsqu'une virole selon l'invention fait partie d'une hélice pour motoventilateur d'automobile.

Revendications

1. Virole annulaire profilée solidaire de la tête de chacune des pales d'une hélice de ventilateur, du type présentant une collerette d'entrée cintrée dont la convexité est dirigée vers l'axe (100), caractérisée en ce que cette collerette (11) a une longueur (l) axiale donnée et une section droite méridienne (110) configurée approximativement en quart d'ellipse dont l'excentricité est de l'ordre de 1,5 et dont le demi-grand axe (a) est compris entre environ le tiers et la moitié de cette longueur axiale donnée (l).

2. Virole selon la revendication 1, caractérisée en ce que le grand axe (2a) de l'ellipse est parallèle à l'axe (100) de la virole annulaire (10).

3. Virole selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la collerette (11) est munie d'un rebord (12) frontal centrifuge dont l'amplitude angulaire (θ) mesurée du centre (O) de l'ellipse à partir de son grand axe (2a) n'excède pas environ 45°.

4. Virole selon la revendication 3, caractérisée en ce que ce rebord (12) a une section droite méridienne (120) courbe.

5. Virole selon la revendication 4, caractérisée en ce que la section droite méridienne (120) du rebord (12) est approximativement elliptique voire circulaire.

6. Virole selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la collerette (11) est munie d'un prolongement (13) postérieur.

7. Virole selon la revendication 6, caractérisée en ce que le prolongement postérieur (13) a une paroi intérieure (131) à section droite méridienne (1310) courbe.

8. Virole selon la revendication 7, caractérisée en ce que la section droite méridienne (1310) courbe de la paroi intérieure (131) du prolongement (13) est approximativement elliptique voire circulaire.

9. Virole selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que le prolongement postérieur (13) a une paroi extérieure (132) à section droite méridienne (1320) rectiligne.

10. Virole selon la revendications 9, caractérisée en ce que la section droite méridienne (1320) rectiligne de la paroi extérieure (132) du prolongement (13) est parallèle à l'axe (100) de la virole annulaire (10).

11. Application d'une virole selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 à la confection d'hélices pour motoventilateurs d'automobile.

Ansprüche

1. Profilierter Lüfterring, der fest mit dem Kopf jedes Blattes eines Lüfterrotors verbunden ist und von dem Typ ist, der einen Kragen mit gebogenem Einlaß aufweist, dessen Wölbung zur Achse (100) gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Kragen (11) eine gegebene axiale Länge (l) und ein Längsprofil (110) hat, das im wesentlichen die Form einer Viertelellipse aufweist, deren Exzentrizität in der Größe von 1,5 liegt und deren große Halbachse (a) ungefähr zwischen dem Drittel und der Hälfte dieser gegebenen axialen Länge (l) liegt.

2. Lüfterring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die große Achse (2a) der Ellipse parallel zu der Achse (100) des Lüfterringes (10) ist.

3. Lüfterring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (11) mit einer vorderen zentrifugalen Krempe (12) versehen ist, deren Winkelausdehnung (θ), die vom Zentrum der Ellipse ausgehend von ihrer großen Achse (2a) gemessen wird, nicht größer als ungefähr 45° ist.

4. Lüfterring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Krempe (12) ein gekrümmtes Längsprofil (120) hat.

5. Lüfterring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Längsprofil (120) der Krempe (12) im wesentlichen elliptisch, ja sogar kreisförmig ist.

6. Lüfterring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (11) mit einer rückwärtigen Verlängerung (13) versehen ist.

7. Lüfterring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die rückwärtige Verlängerung (13) eine Innenwand (131) mit gekrümmtem Längsprofil (1310) aufweist.

8. Lüfterring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das gekrümmte Längsprofil (1310) der Innenwand (131) der Verlängerung (13) im wesentlichen elliptisch, ja sogar kreisförmig ist.

9. Lüfterring nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die rückwärtige Verlängerung (13) eine Außenwand (132) mit geradem Längsprofil (1320) aufweist.

10. Lüfterring nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das gerade Längsprofil (1320) der Außenwand (132) der Verlängerung (13) parallel zu der Achse (100) des Lüfterringes (10) ist.

11. Anwendung eines Lüfterringes nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für die Anfertigung von Rotoren für Motorlüfter von Kraftfahrzeugen.

Claims

1. Annular profiled collar integral with the head of each of the blades of a fan propeller, of the type having an arched inlet flange, the convexity of which is aligned towards the axis (100), characterised in that the flange (11) has a given axial length (1) and a section perpendicular to the meridian (110) approximately configured as a quarter-ellipse, the eccentricity of which is of the order of 1.5, and the meniscal axis (a) of which is comprised between approximately one-third and half of this given axial length (l).

2. Collar according to claim 1, characterised in that the large axis (2a) of the ellipse is parallel to the axis (100) of the annular flanged collar (10).

3. Collar according to claim 1 or 2, characterised in that the flange (11) is equipped with a centrifugal frontal rim (12), the angular amplitude (8) of which, measured from the centre (θ) of the ellipse from its large axis (2a), does not exceed approximately 45°.

4. Collar according to claim 3, characterised in that this rim (12) has a section perpendicular to the meridian (120) which is curved.

5. Collar according to claim 4, characterised in that the section perpendicular to the meridian (12) of the rim (12) is approximately elliptical, if not circular.

6. Collar according to any one of claims 1 to 5, characterised in that the flange (11) is equipped with a posterior extension (13).

7. Collar according to claim 6, characterised in that the posterior extension (13) has an internal partition (131) with a section perpendicular to the meridian (1310) which is curved.

8. Collar according to claim 8, characterised in that the curved section perpendicular to the meridian (1310) of the internal partition (131) of the extension (13) is approximately elliptical, if not circular.

9. Collar according to any one of claims 6 to 8, characterised in that the posterior extension (13) has an external partition (132) with a section perpendicular to the meridian (1320) which is rectilinear.

10. Collar according to claim 9, characterised in that the rectilinear section perpendicular to the meridian (1320) of the external partition (132) of the extension (13) is parallel to the axis (100) of the annular flanged collar (10).

11. Application of a flanged collar according to one any of claims 1 to 10 to the production of propeller blades for automobile angine fans.

Dessins