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" Dispositif pour amender le pouvoir de propulsion de roues à aubes pour navires ".
L'énergie de propulsion pour des roues à aubes est engendrée par le fait que l'eau, qui afflue avec une vi- tesse réduite sur la roue, est accélérée à une plus grande vitesse grâce à l'action des pales mouvantes. cette vites- se est,généralement pour des remorqueurs à aubes du double de la vitesse d'afflux. Lorsque. par exemple, l'eau afflue à 3 m./ses. par une vitesse de navigation de Il km. envi- ron, elle quittera la roue à 6 m./sec. puisque la vitesse
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des masses d'eau se double en passant par la roue, la section transversale du flux deviendra constamment plus petite pendant l'augmentation de la vitesse, et à la fin de l'accélération elle n'est que de la moitié de la section transversale d'afflux.
Le fil d'eau se rétrécit par conséquent. Ce rétrécissement se produit pendant le passage à travers la roue et en partie se'ne déjà devant la roue. Etant donné que l'afflux d'eau, lorsqu'il s'agit de bateaux à roues latérales, n'est liraité d'un côté que par le corps du bateau et de l'autre côté par la surface de l'eau et dans des eaux peu profondes également par le fond se trouvant sous le bateau, le resserrement ne se produit donc surtout que sur le coté extérieur libre de la roue. Le resser- rement se produit sur les bateaux à roue arrière des deux cô- tés de la roue vers le milieu de la roue. Ce rétrécissement s'identifie avec une déflexion de l'afflux d'eau du côté exté- rieur de la roue vers le milieu. La direction d'afflux de 1; eau forme donc un certain angle avec la ligne médiane du ba- teau.
Il se produit une autre déviation des masses d'eau pous- sées par la roue, par rapport à la ligne médiane longitudinale du bateau ou de sa direction de marche quand l'eau est soule- vée par la roue et qu'elle prend la forme d'une vague. Dans la branche montante de cette vague les masses d'eau qui sortent de la roue se meuvent dans une direction, qui, vue de la roue, oblique vers l'arrière et vers le haut.
Dans les deux cas, il résulte une perte de puissance de progression du fait que ces déviations de la direction du jet des masses d'eau en mouvement de l'axe médian du bateau ou de sa marche réelle ne produisent pas de réaction dans la direc- tion de course du bateau.
L'objet de la présente invention est la récupération d; une partie de cette perte par la disposition de corps profilés,
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établis à la manière des ailes portantes de planeurs, et qui sont disposés à côté ou derrière la roue avec un angle tel dans le rayon de la roue qu'il s'ensuive une aide dans la mar- ohe. pour l'explication de la conformation et de l'effet des profils conducteurs il y a lieu de se reporter aux figures 1, 2, 3 et 4.
La figure 1 représente schématiquement la façon dont se produit l'effet du corps profilé horizontal dans la branche montante de .la vague formée derrière la roue et cela vu face au bateau.
Les figures 2, 3 et 4 représentent avec la partie (8) un profil conducteur disposé verticalement à côté de la roue, de faon à utiliser pour la progression les masses d'eau af- fluant de biais à la roue.
En outre, le profil horizontal se trouvant derrière la roue (5) est représenté avec le profil latéral (8).
La figure 2 est une vue en plan. La coupe est dressée à peu près à hauteur de l'arbre de la roue.
La figure 3 est une élévation de coté, vue face au ba- teau.
La figure 4 est une élévation du tambour de la roue avec les corps profilés conformément à l'invention pour un bateau à roues latérales, vu par l'arrière.
Les mêmes signes indiquent les mêmes parties dans les quatre figures.
Four.expliquer la manière d'agir des profils horizontaux disposés en arrière de la roue à aubes dans la branche montan- te de la vague,il y a lieu de se reporter à la figure 1. La roue à aubes représentée dans la figure.tourne avec le circuit extérieur (I) autour de.l'arbre (2) et est submergé jusque la ligne d'immersion (3) du bateau au'repos. Le diamètre de la
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roue à aubes est indiqué par D. Derrière la roue à aubes, (4) désigne la forme de la vague d'eau formée au cours d'une acti- on de remorquage, dans laquelle est disposé.d'après l'inventi- on,le profil (5). L'arête d'afflux du corps profilé se trouve à une distance B, mesurée horizontalement en partant du air- cuit extérieur (I) de la roue à aube.
Le profil a une largeur T dans la direction du courant et une incurvation concave de la partie inférieure de la profondeur K. La tangente (6) dé- terminant l'angle de réglage et qui - comme il est d'usage dans la théorie des profils - touche la partie inférieure du corps profilé en deux points, forme avec la ligne d'immersion (3) du bateau au repos l'angle (a), qui doit se trouver dans un certain rapport avec l'angle (b) formé par la tangente (7) à la surface de la branche montante de la vague avec la ligne d'immersion (3) du bateau au repos.
Les forces qui entrent en fonction selon les principes sont représentées d'après leur grandeur et leur direction re- latives par un plan de foroes.(ve) indique d'après ce plan la direction aveo laquelle lteau afflue au profil (5) avec un angle d'impact (c). Dans la direction d'afflux il se produit alors une résistance W du corps profilé. perpendiculairement à cela on mesure une seconde force A, qui représente la force d'impulsion vers le haut du corps profilée comme pour le me- surage des profils d'ailes portantes d'avion dans le tunnel d'essai.
Des forces W et A résulte la force R qui les compen- se entre elles et qui, par suite de la direction d'afflux et du rapport considérable entre A et W, agit non seulement vers le haut, mais en même temps dans la direction du bateau, c' est-à-dire vers l'avant.
En décomposant encore cette force totale R,on peut dis- tinguer entre une force verticale pure v, qui amène uno dini- nution du tirant d'eau du bateau, et une force horizontale H,
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qui s'identifie au gain à l'avancement. Du diagramme,il res- sort qu'un grand angle (b), o'est-à-dire une vague à pente raide, puis un grand rapport A à W. o'est-à-dire une résistan- ce aussi petite que possible du corps profilé, alliée à une grande impulsion vers le haut et, finalement, une grande vi- tesse de projection (ve), qui augmente l'effet absolu de A, favorise l'obtention d'un H efficace.
L'action du profil vertical (8) est analogue; pour son explication il y a lieu de se reporter aux figures 2, 3 et 4.
Comme représenté, le profil (8) se trouve au côté extérieur du corps de la roue qui se caractérise par son arbre et la circonférence extérieure décrite par ses pales. Le profil con- ducteur est fixé en-dessous au support extérieur du tambour de la roue (9) et s'avance à peu près vers le bas jusqu'à la position la plus profonde des pales.
Le profil dont le côté supportant la poussée est tourné vers l'extérieur, subit, quand la rouera aubes-est en marche, l'action du courant dans la direction (ve) et les forces ef- fectives sont alors analogues à celles agissant pour le profil de la figure 1, W1, A1, R1, H1 et V1, dans lesquelles le fac- teur H1, représente la récupération en force de progression dans le sens de la marche, tandis que V1 est une force trans- versale dirigée perpendiculairement au sens de la marche du bateau, force, qui ne produit aucun effet de progression et qui s'annulée des deux côtés du bateau.
Les deux profils tra- vaillent par conséquent d'après le même principe et leur action croissante sur la marche du bateau s'additionne. En ce qui con- cerne la conformation du profil horizontal il y a lieu de con- sidérer encore particulièrement ce qui suit. L'application ex- clusive de la théorie des ailes portantes d'avions nous con- duirait à adopter,dans le cas présenta un profil aussi long et étroit que possible (c.à.d. peu large), étant donné qu'il S'
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agit d'obtenir autant que possible le moins de résistance et la plus grande impulsion vers le haut.
En fait, cette théorie - comme il sera démontré plus loin - ne s'est pas affirmée pour la conformation des corps profilés pour bateaux à aubes dont il est question ici.
De plus,il y a encore à considérer ce qui suit ;
Pour le planeur qui se meut dans un élément unique et pratiquement infini (l'air), la direction et la force du cou- rant sont sensiblement constantes pour toute la longueur et la largeur de l'aile. Des forces de progression supérieures sont en partie compensées par de plus grandes vitesses de vol, ou bien il est, selon les besoins, possible de convertir la progression en force ascensionnelle et inversement.- Par contre, dans la vague produite derrière un bateau à aubes les mouve- ments des masses d'eau, sont - à l'inverse de ce qui se pro- duit pour les courants d'air du planeur - presque toujours de volume et de direction différents. Le mouvement de l'eau com- mence par la mise en marche, la dimension, l'immersion et la construction de la roue à aubes.
Immédiatement après la mise en marche, ctest-à-dire à l'intérieur de la vague, le volume et la direction du mouvement se trouvent sous l'influence de l'accélération de la chute par suite de.l'attraction de la terre, effet qui ne se produit pas dans un milieu homogène.
En outre, il s'agit de manifestations du courant qui se trouvent sur la limite entre les deux milieux de poids très différents, l'eau et ltair.
De toutes ces différences entre les conditions de pro- gression et de travail d'un planeur dans l'air et d'un corps profilé d'après l'invention présente, il se produit une sui- te de nouveaux points de vue particuliers pour la conforma- tion et la position du profil, qui doivent être absolument élucidés et pris en considération pour pouvoir - en se pla-
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,ant au point de vue de la théorie des ailes portantes - ob- tenir de la vague qui se forme derrière la roue, un effet utile à la progression du navire.
Lors d'essais systématiques de carène dans la H.S.V.A., au cours desquels on expérimenta des corps profilés fixés der- rière une roue à aubes, les résultats furent les suivants :
La position d'élévation du corps profilé doit être telle que son arête d'entrée se trouve à peu près à hauteur de la ligne d'immersion du bateau à aubes lorsque la roue se trouve au repos.
En oe qui concerne la distance du corps profilé derrière le circuit extérieur de la roue à aubes, il ne fut pas possible de déterminer des règles sur lesquelles on peut uniformément se baser ; en est résulté cependant qu'il était possible de trouver une distance favorable pour chaque bateau en partiou- lier et pour certains profils.
Egalement en ce qui concerne la position de l'angle du corps profilé,il a été constaté qu'il est utile d'établir un dispositif permettant de déterminer par expérimentation, pour chaque bateau en particulier et pour les conditions normales de navigation de chacun, l'angle de la position la plus favo- rable.
Il a été jugé particulièrement important pour le résul- tat cherché - à l'inverse de ce qui se présente pour la con- formation des ailes portantes d'avions, dont les côtés soumis à la pression ne sont pas concaves et qui ont aussi en général un grand. rapport de longueur à largeur -que, eu égard aux chiffres élevés de Reynold, les corps profilés pour 1 'eau, à l'inverse de l'air, doivent être particulièrement minces et assez courbés pour obtenir une faible résistance. Les essais en vue d'obtenir des améliorations à la progression faits avec des corps profilés qui étaient plats à la partie inférieure
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ont été complètement négatifs.
La courbure trouve sa justifi- cation dans le fait que la direction de la ligne de force dans la vague est courbée sous les influences conjugées de ltaccé- lération par la roue et de l'accélération par la terre. Il a été démontré que la distance du point le plus élevé du côté inférieur du corps profilé recourbé de la tangente à la face inférieure doit être supérieure à 1/30 de la longueur du pro- fil.
Il a été particulièrement difficile de déterminer la lar- geur du corps profilé dans la direction du courant. Un rapport normal longueur/largeur de 5 : 1, comme il est dosage pour les recherches relatives aux ailes portantes, nta donné des améliorations que pour un parcours très limité et seulement en combinaison avec un corps profilé recourbé. on a constaté seu- lement des améliorations à une vitesse de remorquage de 8 km., tandis qu'à des vitesses de 5 et 10 km. les résultats étaient négatifs. La continuation des essais a ensuite montré que pour un rapport langueur/largeur de 3 : 1, avec la même roue à au- bes, l'amélioration s'étendait sur des vitesses de 0 - 10 kn/h. et qu'elle disparaissait de nouveau à 12 km/h.
La direction fut ainsi donnée pour pousser les essais plus loin; ceux-ci devaient s'étendre particulièrement sur des vitesses pratiques de 11 à 16 km/h.. pour atteindre ce rende- ment,la largeur du corps profilé fut graduellement augmentée de 10% et il en résulta. que, avec cette augmentation relative- ment faible de la largeur de profil dans la direction du cou- rant, l'amélioration s'étendit sur toutes les vitesses de 0 à 16 kh/h. en question.
En outre, il a été constaté que le même pourcentage d'augmentation se produisait en augmentant la lar- geur de la roue et par là de la longueur du corps profilé, quoique la largeur de profil et le diamètre de la roue nteus- sent pas été modifiés.
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par conséquent il fallait logiquement en conclure que pour l'action du corps profilé - comme c'est le cas pour la théorie régulière des ailes portantes dans l'aviation -, le rapport longueur/largeur n'était pas de règle ici, mais exclu- sivement le rapport entre la largeur du corps profilé et le diamètre de la roue. Il en résulte encore logiquement qu'un plus grand diamètre de la roue nécessite une plus grande lar- geur de profil pour utiliser l'énergie de propulsion de la va- gue.
Les essais signalés ci-dessus, couronnés de succès, pour une capacité 'de vitesse de 0 à 16 Km/h. furent faits avec une roue de 4 m. de diamètre et une largeur de profil de 1,10 m.
Il en est résulté une nouvelle indication qui est que la lar- geur de profil par rapport au diamètre de la roue ne peut pas être inférieure à 1 : 3,6,afin d'obtenir une amélioration quel- conque de l'action de progression pour les capacités de vites- se entrant en ligne de compte dans la pratique.
L'expérience indique que dans la pratique il faut faire le profil aussi large que possible, limiter toutefois la lar- ge.ur suffisamment pour que l'arête postérieure vienne à se trouver encore dans la branche montante de la vague. Etant don- né que la longueur de la vague se présente différemment pour chaque bateau selon le genre de construction et les conditions d'exploitation, elle est à établir pour chaque cas avant la mise en construction.
Toute la question pour les profils horizontaux est que le corps profilé reçoive une forme mince et à la partie infé- rieure courbée, dont la concavité soit égale au moins à 1/30 de la largeur du profil; de plus,que la largeur du profil soit en proportion supérieure avec le diamètre extérieur de la roue divisé par 3,6 et que le profil se trouve avec son arête d'af- flux environ à hauteur de la ligne d'immersion du bateau au repos, à une distance qui est à calculer pour chaque bateau en
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particulier et à rgler horizontalement après essai.
Il y a lieu de trouver en même temps un dispositif pour pouvoir modi- fier la position de l'arête postérieure du profil, afin d'éta- blir l'un après l'autre, d'abord la distance la plus avanta- geuse et ensuite l'angle le plus avantageux à employer. Apres que la distance et l'angle auront été réglés pour le bateau en question, la distance et l'angle ainsi trouvés peuvent être maintenus pour toutes les conditions de navigation qui se présentent dans l'exploitation pratique.
En ce qui concerne la conformation du corps profilé ver- tical (8) (voir figures 2, 3 et 4), il a été constaté égale- ment qu'un profil dtune largeur relativement grande - va dans le sens du courant - doit être employé, parce que la hauteur du profil, mesurée perpendiculairement, est courte par suite du faible tirant d'eau. Il a été constaté en outre que le coté subissant la pression peut être choisi également droit, parce que la direction des fils du courant de l'eau affluant obli- quement de côté est dans ce cas en ligne droite ou à peu près.
REVENDICATIONS.
1.) Dispositif pour l'amélioration du degré de l'action impulsive de roues à aubes pour bateaux, oaraotérisé en ce que aux endroits dans l'eau,latéralement à la roue et en arrière de la roue, où la direction des fils d'eau accélérés par la roue se trouve à un angle en rapport à la ligne médiane du ba- teau, il est fixé des corps profilés en forme dtailes d'avion et disposés de telle façon dans les fils d'eau et fixés au ba- teau de façon qu'ils sont ainsi arrosés par l'eau de tous les côtés.