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n Installation motrice pour bateaux à ailes glissantes ou à ailes portantes ".
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Dans les véhicules se déplaçant sur l'eau, la reprise de couple par l'hélice dépend non seulement du nombre de tours, mais encore de la résistance à l'avancement. Dans des bateaux dont les résistance à l'avancement sont fortement variables en raison de conditions d'exploitation, par exemple dans le cas des remorqueurs, des bateaux de pèche ou des brise- glace , utilisant des moteurs à combustion, en particulier des moteurs Diesel comme machines motrices, on installe entre le moteur et l'hélice des transmissions à changement de vitesse comportant . plusieurs étages de démultiplication ou des installations de transmission électriques pour augmenter le couple fourni par le moteur et pour exploiter le moteur avec le maximum de puis- sance, même pour les petits nombres de tours de l'hélice.
L'invention concerne des installations motrices pour bateaux à ailes glissantes ou à ailes portantes dont la résis- tance à l'avancement, lorsque le corps du bateau est immergé, au démarrage, croit rapidement à mesure que la vitesse croit, décroît lorsque le corps du bateau émerge, et croit à nou- veau avec l'augmentation ultérieure de la vitesse. Pour un nombre de tours de l'hélice à peu près proportionnel à la vitesse de marche, l'allure de la courbe de reprise du couple de l'hé- lice suit à peu près l'allure de la courbe de la résistance à l'avancement.
Avec les bateaux à ailes portantes, on veut obtenir des vitesses aussi grandes que possible, mais des raisons techniques relevant de l'hydrodynamique imposent des limites à une vitesse permanente économique.
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Pour économiser du poids et, avant tout, pour une exploitation économique, la puissance nominale du moteur doit correspondre à la puissance reprise par l'hélice à la vitesse de croisière permanente.
Or, il est possible que la demande de couple moteur accrue de l'hélice, lorsque le bateau émerge, ne puisse être couverte par le moteur, encore à des nombres de tours de l'hélice relativement petits, c'est-à-dire que le bateau ne pourra pas émerger.
Les installations de transmission de force connues pour les bateaux, pour adapter le couple que peut fournir le moteur à la demande de couple,fortement variable, de l'hélice, ne conviennent pas aux bateaux à ailes portantes.
Dans les transmissions à changement de vitesse mécaniques qu'on engage aux puissances dont il est question, surtout au moyen d'embrayages à griffes ou 4 dents, le courant de force est interrompu pendant le passage des vitesses. Dans le passage de l'étage qui augmente le couple, à l'étage à un plus grandi nombre de tours après émersion, la vitesse du bateau tomberait aussitôt, et le bateau s'enfoncerait à nouveau.
La transmission électrique de force est dispendieuse et chère et il ne peut en être question pour des bateaux à ailes portantes, en raison de son poids élevé.
La tâche de l'invention est de procurer une transmission de force simple et légère pour des bateaux à ailes portantes, transmission qui puisse couvrir la demande de couple moteur de l'hélice pour toutes les allures de marche, et qui évite les défauts des transmissions connues.
On y parvient suivant l'invention en prévoyant un transformateur de couple hydrodynamique entre la machine motrice à combustion qui sera par exemple un moteur Diesel, et
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l'arbre de l'hélice, pour augmenter le couple que peut fournir le moteur Diesel à la valeur de couple à l'hélice plue élevée, nécessaire pour le démarrage du bateau immergé, et pour l'exploitation du moteur Diesel à sa plus grande puissance au nombre de tours le plus élevé lors de l'émersion.
On a des avantages particuliers avec un convertisseur à turbine centripète où la reprise de courte tombe lorsqu'au@- mente le nombre de tours de l'arbre mené et qui a le maximum de son rendement pour un nombre de tours de l'arbre mené qui correspond à peu près au noxbre de tours de l'hélice lorsque le bateau émerge.
Dans le cas de bateaux à ailes portantes destinée à des buts paticuliers auxquels on demande, outre une vitesse permanente économique, des surcroîts de vitesse momentanés et qui, dans ce but, sont équipés d'une autre machine motrice à combustion que l'on peut faire entrer en action, - par exemple une turbine à gaz - ,on a prévu, suivant une autre disposition de l'invention, que la turbine à gaz soit aocou- plable à l'arbre de l'hélice, éventuellement par l'intermédiaire d'une transmission à engrenage pour l'adaptation du nombre de tours de la turbine à gaz au nombre de tours de l'hélice, et que le rapport du nombre de tours de l'arbre de sortie au nombre de tours de l'arbre d'entrée du convertisseur dépasse le nombre 1 pour un rendement suffisant du convertisseur,
en sorte que le nombre de tours maximal du moteur Diesel ne soit pas dépassé pour un nombre augmenté de tours de l'hélice.
D'autre part, on a prévu suivant l'invention, pour une marche économique de l'installation motrice, un accouplement à friction pour faire pont sur le convertisseur après émersion, dans la marche normale*
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D'autres particularités de l'invention ressortiront i de la description suivante associée au dessin sur lequel :
Figure 1 est la courbe de reprise du couple rapportée au nombre de tours d'une hélice d'un bateau à ailes portantes pour diverses allures de marche.
Figure 2 représente un exemple de mode d'exécution d'une installation motrice pour un bateau à ailes portantes avec une turbine à gaz que l'on peut brancher en supplément.
Figure 3 représente un exemple de forme d'exécution de la transmission dans l'installation motrice de la figure 2.
Figure 4 représente un autre exemple de forme d'exé- cution de la transmission dans l'installation motrice suivant la figure 2.
A la figure 1,on a indiqué par Mp l'allure du couple moteur de l'hélice rapporté au nombre de tours de l'hélice. La vitesse du bateau est à peu près proportionnelle au nombre de tours de l'hélice. Lors de la mise en marche ,le couple moteur de l'hélice croît de façon raide avec la vitesse croissante du bateau en correspondant à la résistance croissante du bateau et atteint une première valeur maximale A avant l'émersion. Par suite de la diminution de résistance liée à une émersion pro- gressive, la reprise du couple moteur de l'hélice diminue en dépit de la croissance de la vitesse du bateau et du nombre de tours de l'hélice, elle au point le plus bas (B) au moment précis où le corps du bateau est entièrement émergé, et elle croît à nouveau à mesure que la vitesse du bateau croît.
La vitesse permanente économique limitée pour des rai- sons de technique d'écoulement (cavitation aux pales) est atteinte (en C) pour un nombre de tours de l'hélice nC. Le moteur d'entraînement, pour des raisons de marche économique et de faible poids, est dimensionné de telle façon que la
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puissante- qu'il développe en permanence correspond exactement à la puissance reprise par l'hélice pour cette vitesse du bateau. La courbe du couple du moteur MN éventuellement réduite pour l'arbre de l'hélice coupe la courbe de l'hélice Mp en 0 (point représentatif). De la figure 1, on voit que pour un rapport de transmission fixé entre le moteur et l'hélice, le couple d'hélice demandé lors du début de l'émersion (A) ne peut être satisfait par le moteur.
Grâce au convertisseur de couple introduit suivant l'invention entre le moteur et l'arbre de l'hélice, on peut faire fonctionner le moteur, de l'arrêt de l'hélice jusqu'à son nombre de tours nC correspondant à sa vitesse permanente,
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"''\. avec sa pui ance permanente. Ainsi, on dispose à l'arbre de l'hélice du couple de sortie du convertisseur MW qui dépasse le besoin en couple moteur MP de l'hélice jusqu'au point d'intersection avec la courbe de l'hélice ,D, près de la vitesse permanente. Au point D, l'embrayage à friction prévu suivant l'invention dans l'installation de transmission, fait pont sur le convertisseur, de sorte que les pertes dues au convertisseur sont supprimées et que, maintenant, on dispose sur l'arbre de l'hélice du couple moteur plus élevé dans ce domaine.
Dans des bateaux à ailes portantes à des fins d'application particulières, qui doivent atteindre momentanément une vitesse beaucoup plus grande que la vitesse permanente économique et qui sont équipés dans ce but d'une machine motrice supplémentaire, par exemple d'une turbine à gaz, la turbine à gaz peut, judicieusement, être couplée,directement, à l'arbre de l'hélice, éventuellement en passant par une transmission d'adaptation.
Alors, grâce à l'agencement suivant l'invention, d'un convertisseur monté entre le moteur d'entraînement et
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l'arbre de l'hélice, on a l'avantage que lorsqu'on ouvre à nouveau l'accouplement qui faisait pont, le moteur d'entraîné- ! ment peut continuer à être utilisé avec sa puissance permanente à nombre de tours constant, c'est-à-dire dans l'étendue de son domaine de marche économique.
Le convertisseur est, suivant l'invention, équipé de telle sorte que le nombre de tours à sa sortie dépasse le nombre de tours à l'entrée avec encore un bon rendement, le couple de sortie du convertisseur continuant de toutes façons à descendre lorsque le nombre de tours de l'hélice croit (courbe IL,)* Le défaut de couple entre la courbe ! MW et Mp est à présent compensé par la turbine à gaz, jusqu'à ce que soient atteints la puissance la plus élevée de la turbine à gaz et ainsi le plus grand nombre de tours de l'hélice et la plus grande vitesse du bateau, en E.
A la figure 2, on a représenté schématiquement l'ins- tallation motrice d'entraînement d'un bateau à ailes portantes. ' Un moteur à combustion, de préférence un moteur Diesel 11, entraine par l'intermédiaire d'une transmission 12 l'arbre d'hélice 13 qui porte l'hélice 14. Pour les plus grandes vi- tesses ,on peut accoupler à l'arbre de l'hélice 13 une turbine à gaz 15, par l'intermédiaire d'une transmission adaptatrice 16.,
La figure 3 montre un exemple de forme d'exécution de la transmission entre le moteur Diesel 11 et l'arbre de l'hélice ' 13. L'arbre d'entrée 17 de la transmission entraîne, par l'intermédiaire d'un étage élévateur de vitesse 18/19, l'arbre principal 20 de la transmission.
A l'arbre principal 20 sont reliées solidairement en rotation une roue de pompe de con- vertisseur 21 d'un convertisseur hydrodynamique 22, une moitié d'un embrayage à friction 23 comprenant les plateaux de friction! 24, et une moitié d'un autre embrayage à friction 25 comprenant un plateau de friction 26. Les deux embrayages 23 et 25 sont
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groupés en un embrayage double et sont engagés au moyen d'un plateau,de pression commun 27.
L'autre moitié de l'embrayage 23 comprenant les plateaux à friction 28 est reliée à la roue de turbine 29 du convertisseur 22 par un arbre creux 30 agencé concentriquement à l'arbre principal de transmission 20; sur l'arbre 30 est calée une roue dentée 31.L'autre moitié de l'embrayage 25 comportant un plateau de friction 32 est reliée par un autre arbre creux 33 agencé également concencriquement à l'arbre principal de transmission 20 et portant une roue dentée 34. La roue dentée '$1 ,et en liaison active, à l'inter- vention d'une roue intermédiaire 35, avec une roue dentée 36 calée sur un arbre auxiliaire' le transmission 37.
La roue den- tée 34 engrène d'ectement avec une roue dentée 38 qui est également calée sur l'arbre auxiliaire de transmission 37.
Avec la roue dentée 36 engrène une autre roue dentée 39 qui est montée sur l'arbre 40 de center de la transmission. A l'ar- bre 40 de sortie de la transmission peut être accouplé) par un embrayage à rattrapage 42, un autre arbre 41 qui lui est con- centrique, cet autre arbre 41 étant entraîné par la turbine à gaz 15 par l'intermédiaire de la transmission adaptatrice 16.
Pour mettre en marche le bateau à ailes portantes, on libère les deux embrayages et après remplissage du conver- tisseur 22, la puissance du moteur est transmise de l'arbre d'entrée ou menant de la transmission, par l'étage de roues dentées 18/19,l'arbre principal de transmission 20, le conver- tisseur 22, l'arbre creux 30 et les roues dentées 31, 35, 36, 39 à l'arbre mené 40 de la transmission .
Après émersion du bateau,on applique l'embrayage 23, ce qui fait pont sur le convertisseur 22,en sorte qu'à présent la puissance du moteur est transmise de façon purement mécanique de l'arbre menant 17 de la transmission, par l'étage de roues dentées 18/19, l'arbre
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principal 20 de transmission, l'embrayage 23, l'arbre creux 30 et les roues dentées 31, 35, 36, 39, à l'arbre mené de trans- mission. Pour la plus grande vitesse, on applique l'embrayage à rattrapage 42, qui, à grande vitesse de la turbine à gaz, entre en prise lorsqu'il y a à peu près égalisation du nombre de tours de l'arbre 41 et de l'arbre mené de la transmission, et on libère à nouveau l'embrayage 23.
Ainsi, on dispose maintenant , sur l'arbre mené 40 de la transmission, de la puissance du moteur d'entraînement 11 et de la puissance de la turbine à gaz .
Pour la marche arrière lors de la manoeuvre du bateau, on applique l'embrayage 25. la transmission de force se fait alors de façon purement mécanique de l'arbre menant 17 de la transmission, par l'intermédiaire de l'étage de roues dentées 18/19, l'arbre principal 20 de transmission, l'embrayage 25, l'arbre creux 33, les roues dentées 34/38, l'arbre auxiliaire 37 de transmission et les roues dentées 36, 39, à l'arbre mené 40 de la transmission. Comme, pour la marche arrière, il ne faut pas de grandes vitesses, et que le bateau, à ailes portan- tes ne peut venir à glisser, l'hélice n'a besoin d'aucun couple moteur important et il n'est ainsi pas nécessaire de tourner avec le convertisseur 22, et l'embrayage 25 peut être dimensionné moins largement ,en conséquence.
Un autre exemple de forme d'exécution de la transmission entre le moteur et l'arbre de l'hélice est représenté à la figure 4.Cette transmission contient, suivant l'invention, un convertisseur à turbine centripète qui permet, d'une part une allure du rendement quelque peu plus favorable sur toute l'é- tendue des nombres de tours, d'autre part, par la compression du nombre de tours du moteur pour les petits nombres de tours de l'arbre mené du convertisseur, une marche particulièrement
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économique de l'installation motrice* Le petit accroissement de couple ainsi pris en compte pour de petits nombres de tours de l'arbre mené du convertisseur ne constitue pas un défaut dans ce cas d'application, car aux petits nombres de tours correspondants de l'hélice il y a, de toutes façons,
un grand excès de couple sur l'arbre de l'hélice.
Comme dans l'exemple de forme d'exécution suivant la figure 3, l'arbre menant 43 de la transmission entraîne, par l'intermédiaire d'un étage de roues dentées à vitesse ascendante 44/45,une moitié d'un embrayage à friction 46 comportant des plateaux à friction 47 et la roue de pompe 48 d'un convertisseur 49. La roue de turbine 50 du convertisseur, ainsi que la deuxième moitié de embrayage à friction 46.comportant les plateaux à friction 51 et le plateau de pression 52 sont montés de façon solidaire en rotation sur un arbre de transmission 53. Par ailleurs l'arbre de transmission 53 porte une roue dentée 54 qui, par l'intermédiaire d'une roue intermédiaire 55, coopère pour entraînement avec une roue dentée 56 montée sur l'arbre mené 57 de la transmission.
Comme dans la forme d'exécution de la figure 3, à l'arbre mené 57 de la transmission peut être accouplé, par un embrayage à griffes à rattrapage 59, un autre arbre 58 agencé concentriquement à l'arbre 57, et qui est entraîné par la turbine à gaz 15 par l'intermédiaire de la transmission adaptatrice 16,. Suivant l'invention. le convertisseur 49 contient une roue à aubes de guidage en arrière 60, qu'on peut introduire dans le circuit et qui, lorsqu'elle n'est pas engagée, se trouve dans une enveloppe 61 dans le coeur du convertisseur 49. L'enveloppe 61 est reliée solidairement au carter de la transmission par l'intermédiaire de la roue de guidage 62.
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Pour la mise en marche, on débraye l'embrayage à friction 46 et, le convertisseur étant rempli,la puissance du moteur est transmise de l'arbre menant 43 de la transmission, par l'intermédiaire de l'étage à roues dentées 44/45, du conver- tisseur 49,de l'arbre de transmission 53, par les roues dentées 54, 55,56, à l'arbre mené 57 de la transmission. Après émer- sion du bateau, on embraye l'embrayage à friction 46, on vide le convertisseur 49 et le courant de force motrice va maintenant de l'arbre menant 43 de la transmission, par l'intermédiaire de l'étage de roues dentées 44/45, de l'embrayage à friction 46, par l'arbre 53 de la transmission et par les roues dentées j 54, 55, 56, à l'arbre mené 57 de la transmission.
Pour des vitesses plus grandes, on débraye l'embrayage à friction 46, comme dans l'exemple de forme d'exécution de la figure 3; on remplit le convertisseur 49, et on applique l'em- brayage à rattrapage 59 qui entre en prise lorsqu'il y a à peu près égalité des nombres de tours de l'arbre mené 57 de la transmission et de l'arbre 58.
Pour la marche arrière, on débraye l'embrayage à fric- tion 46 et on dégage l'accouplement à rattrapage 59, et on introduit dans le circuit la roue à aubes de guidage en arrière 60 du convertisseur 49. Avec le convertisseur 49 rempli, la puissance du moteur est, comme dans le cas de la mise en marche, transmise de l'arbre menant 43 de la transmission à l'arbre mené de la transmission,mais l'arbre de transmission 53 tourne et l'arbre mené 57 de la transmission tourne aussi en sens opposé par l'action de la roue de guidage vers l'arrière 60.