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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de B R E V E T D'INTENTION " Roue à aubes mobiles ".
Le rendement d'un organe de propulsion dépend essen- tiellement de la densité du milieu dans lequel il opère.
Plus cette densité est élevée, meilleur est son rendement, toutes autres conditions restant égales. C'est pour cette raison que le rendement des hélices de bateau qui émergent partiellement est jusqu'à 50 % plus mauvais que celui des hélices entièrement immergées. Cette diminution considérable
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du rendement d'un propulseur qui n'est pas entièrement immergé doit être attribuée à la pénétration de l'air dans le milieu auquel une accélération est imprimée. Il en est de même de la roue à aubes qui ne plonge que partiellement dans l'eau et dont les aubes passent alternativement dans l'air et dans l'eau.
Après que l'on eut reoonnu la raison de la diminution du rendement, particulièrement pour les régimes élevés, à savoir la pénétration ou irruption de l'air, on a cherché à porter remède à cet inconvénient en se servant de roues à aubes étroites dans le sens du rayon, car la grande hauteur d'aube d'environ 0,85 m. pour une plongée normale de 1.00 à 1.10 m. environ, à laquelle on a eu recours jusqu'à présent, fût considérée comme étant la cause de l'irruption permanente de l'air. En se servant d'aubes étroites, on provoque la création d'une couche formant barrage pour l'air, d'une valeur d'environ 40 % de la plongée et l'on doit en outre tenir compte du fait que les aubes de la roue ne peuvent fournir aucun travail d'accélération dans cette zone.
On a pris soin de faire en sorte que l'entrée des aubes et leur sortie soient conçues de manière qu'elles empêchent l'irruption de l' air et que la couche formant barrage pour l'air ne soit pas désorganisée ( voir le brevet allemand 472.117 ).
Liais l'espoir que l'on caressait d'améliorer de façon radicale l'action motrice des roues à aubes par l'emploi d' aubes étroites et la prévention, visée par celui-oi, de l'irruption de l'air, ne s'est pas réalisé. En réalité, on n'a constaté qu'une légère amélioration. L'étude approfondie des raisons pour lesquelles on n'a pas trouvé la solution idéale du problème de l'actionnement par les roues à aubes, par l'emploi d'aubes étroites conformément au brevet allemand 472.117 a mis en lumière quatre points de vue capitaux qui jusqu'à ce
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jour, n'avaient pas été pris en considération.
Ce sont les suivants :
1 .) Du fait que l'on forme une couche de barrage à l' air d'une épaisseur représentant environ 40 % de l'immersion, on réduit la seotion de la veine qui doit être accélérée à environ 60 % de la valeur de la plongée. Mais si l'on réussit, dans cette couche d'eau inutilisée pour l'impulsion, à réali- ser, grâce à l'accélération, et en évitant l'irruption de l' air, des gains dtimpulsion, la seotion disponible pour l'ac- célération de l'eau croît oonsidérablement ( de 75 % ).
2 .) L'emploi d'aubes étroites a bien, pour les aubes des types de construction en usage jusqu'à présent, réduit l'irruption de l'air qui est fonction de leur hauteur et de leur mode d'immersion; mais on a constaté aussi que la con- struàtion en usage, jusqu'à présent, du tringlage de la roue, rend illusoires les efforts faits pour une pénétration des aubes sans irruption de l'air, parce que le tringlage même est aussi une cause de la pénétration de l'air. On a donc dû trouver une construction de roue qui exclut ces défauts réels.
3 .) Ensuite, le problème de l'irruption de l'air qui empêche que l'on ne réalise une commande idéale exige une con- struction d'aubes telle que l'aube de la roue en plongée, n' entraine pas des tourbillons d'air. Par conséquent, la préven- tion de l'irruption de l'air, qui est nécessaire, ne peut être réalisée qu'en résolvant impeccablement la question du trin- glage aussi bien que la construction des aubes elles-mêmes.
4 .) Enfin, pour arriver à obtenir un rendement.idéal des roues à aubes,il faut tenir compte de la théorie prédomi- nante en vertu de laquelle les aubes sont guidées à travers l'eau. Ce sont des organes de commande qui opèrent conformé- ment au principe des surfaces portantes, qui donnent le meil- leur résultat ; end'autres termes, qui fonctionnent en vertu
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de la théorie suivant laquelle on vise au minimum de résistance et à l'obtention d'une forte poussée verticale, à l'opposé des roues vieux système avec lesquelles la poussée résulte de la résistance que l'aube rencontre dans l'eau.
L'objet de la présente invention est une roue à aubes qui utilise des aubes étroites de profil approprié qui accélèrent ainsi, en évitant l'irruption de l'air, toute la section de la veine disponible établie par la profondeur de plongée de la roue et la longueur de l'aube, en vue d'obtenir un rendement plus élevé.
L'accélération de l'eau dans la couche d'eau formant barrage à l'air se produit, conformément à l'invention, grâce au fait que les aubes sont aussi étroites que possible et qu' elles sont dirigées, à l'endroit de leur sortie de l'eau, de manière qu'elles forment un petit angle d'incidence avec la direction de courant d'afflux résultant de l'effet de la vitesse périphérique et de la vitesse en avant.
Comme l'aube étroite reste entièrement sous eau jusqu'au moment de sa sortie hors de celle-ci, en d'autres termes jusqu'au moment où elle coupe la surface de l'eau et est balayée par l'eau, à l'opposé des aubes ordinaires, qui sont larges dans la direotion du rayon et dont l'arête supérieure, au moment de la sortie, sort très tôt de l'eau, on peut guider l'aube étroite de manière que, à la façon de la surface portante d'un avion, avec de petits angles d'incidence, elle ait une puissance aussi grande que possible dans le sens de la marche et qu'il n'y ait qu'une faible résistance dans le sens de la rotation de la roue.
Dans la conception des roues ordinaires dont les aubes ont une hauteur d'environ 0,85 m. ( roues qui plongent en moyenne à une profondeur de 1.00 à 1,10 m. environ), l'aube ne se trouve que pendant un très court laps de temps au point
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le plus bas du cercle parcouru, l'arête supérieure entièrement sous eau. Depuis le moment de l'immersion jusqu'au moment où est atteint le point le plus bas et pendant l'émersion, l'arête supérieure de l'aube porte en permanence sur l'eau; c'est pourquoi l'aube, et particulièrement son arête antérieure, n'est pas balayée par l'eau lors de l'émersion.
Comme, dans l'effet de " surface portante Il ou de poussée verticale, ce sont précisément les pressions effectives et les dépressions se faisant sentir sur l'arête antérieure balayée qui déclenchent les plus grandes forces, on ne peut pas parler, quand on a affaire aux hautes aubes ancien modèle, d'effet de surface portante ou de poussée verticale; celui-ci ne peut se manifester que dans le cas où les aubes sont très basses. Aussitôt que l'aube émerge,du courant de oiroulation,nécessaire pour produire l'effet de poussée verticale, n'est plus possible.
Il convient encore de faire remarquer que l'arête supérieure des aubes hautes est hors d' état d'empêcher l'irruption de l'air de façon absolue, au point le plus bas de sa oourse, par suite du voisinage rap- proché de la surface de l'eau; qu'il n'existe donc pas, en l'occurrence, les oonditions hydrodynamiques normales, qui ne peuvent régner que dans le cas où l'on n'a affaire qu'à un seul milieu.
Pour obtenir un bon rendement, la présence des tringlages et des autres éléments de la construction qui constituent un obstacle à la régularité du courant et de la circulation sur les aubes doit être évitée dans la zone de l'aube; ces dernières doivent,en outre, avoir un profil déterminé.
Les figures I, II et III ci-jointes représentent schématiquement une roue à aubes étroites répondant aux exigenoes qui précèdent.
L'aube (1) tourne autour de l'arbre (2) pour paroourir
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le cercle (3). Elle est commandée par l'intermédiaire du support (4), de la tige d'excentrique (5) et de l'excentrique (6), organes fixés de manière appropriée sur le navire et entraînés par la roue. Les aubes sont mobiles sur les bras (7) de la roue, maintenus assemblés par la bague (8); les bras (7) sont assemblés avec l'arbre (2) par les moyeux (9). Pour empêcher le déplacement des bras (7) dans le sens latéral, on fait appel à des étais inclinés (10).
La figure III montre l'aube à éohelle agrandie.
La roue tourne à la vitesse périphérique (u) autour de l'arbre (2) et progresse à la vitesse (ve). Les deux vitesses sont reportées, pour le cas de l'aube se dirigeant vers le haut, en grandeur et en direction, dans la figure I; de ces deux vitesses résulte la direction d'afflux (vo) qui frappe les aubes sous un angle étroit. En ce point, il se produit une force dans la direction de (vo) et une autre perpendicu- laire à celle-ci. Si l'on désigne ces forces par l'appellation de résistance (W) et poussée verticale (A), comme dans la technique aérienne, on constate que (A) se trouve dans le sens de la marche.
La figure I montre qu'à l'émersion les aubes sont favorablement arrosées et qu'elles se trouvent sous eau, grâce au fait que leur largeur est faible, presque jusqu'au moment de l'émersion totale, de manière que leur arête antérieure soit balayée en permanence. Pour que le balayage soit de longue durée, il faut que les aubes soient aussi étroites que possible et,le cas éohéant, prévoir quelques aubes en plus, afin que la charge pesant sur les aubes ne soit pas trop grande
La figure I montre ensuite, par le pointillé, comment, à peu près à l'opposé de ce qui précède, les aubes (11) sont immergées dans la construction normale.
On constate que l' arête supérieure ne reste sous eau que pendant un court laps
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de temps seulement et, qu'en régime normal, l'irruption oomplète de l'air est inévitable pendant toute la durée du tra- jet sous eau ; unoourant de circulation ne peut pas se pro- duire avec des aubes d'ancienne construction et, partant, il ne peut pas y avoir de poussée verticale dans le sens de la théorie des surfaces portantes; l'action de poussée lors de la sortie se fait avec des coefficients de rendement extrêmement défavorables et elle est due simplement au fait du rejet, en arrière et vers le haut, de l'eau qui " décolle " de l' aube sortant de l'eau sous un angle d'inclinaison.
Derrière l'aube se trouvant dans la position la plus basse se trouve une tige (18).représentée par un pointillé, telle que oelle qui a été nécessaire jusqu'à présent, dans les roues à aubes, pour des raisons de résistance. Dans les roues se trouve, pour des raisons de résistance, un système de tiges entre les deux bras de la roue (7). Ces tiges n'offrent pas d'inconvénient dans la roue d'ancienne construction, car elles se trouvent, dans la zone d'irruption de l'air, derrière l'aube.
Mais l'usage d'une tige (12) du type représenté par les figures I et II ou d'éléments de construction analogues, derrière une aube étroite réduirait oomplètement à néant l'amélioration obtenue avec la nouvelle roue, parce que, dans le cas d'usage de ces pièces, l'air arrive dans la zone de dépression située derrière l'aube et qu'en outre, le courant de circulation est troublé. Pour éviter de diminuer le rendement, on doit donc éviter, pour ces aubes étroites, la présence de pièces susceptibles de causer du trouble, dans la zone des aubes.
Ensuite, le rendement est fonction, pour une grande part, de la forme de l'aube. Pour réaliser un effet de surface portante favorable à la sortie de l'aube hors de l'eau, il oon-
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vient de se servir des profils appropriés à arête antérieure arrondie àe la technique aérienne. Liais on a constaté que des profils de l'espèce, du fait de l'épaisseur qui doit exister en arrière, lors de l'entrée, entraînant une telle quantité d'air dans l'eau que le rendement de la roue n'est alors pas meilleur que celui d'une roue ancien système. Les meilleurs résultats sont fournis par des aubes du genre de celles représentées par la figure III; elles ont donné de bons coefficients de poussée verticale et de très bons rende:nents de la roue. Il s'agit en l'occurrence de simples profils asymétriques en forme de segment.
Le côté refoulement de ce segment peut naturellement aussi être légèrement courbe.
REVENDICATIONS.
1. ) Roue à aubes mobiles étroites (1) dont la largeur, dans le sens du rayon, est inférieure à cinquante-cinq pour cent de la profondeur d'immersion de la roue, qui ont une section en forme de segment et qui sont guidées dans l'eau en formant un angle d'incidence peu ouvert avec la vitesse d'afflux résultante constituée par la composante de la vitesse périphérique et de la vitesse de déplacement en avant.