CH547960A

CH547960A - Procede pour la creation d'un jet de fluide compressible et dispositif pour sa mise en oeuvre.

Info

Publication number: CH547960A
Application number: CH50272A
Authority: CH
Original assignee: Violina Anstalt
Priority date: 1972-01-14
Filing date: 1972-01-14
Publication date: 1974-04-11

Description

La présente invention conceme un procédé pour la création d'un jeu de fluide compressible en utilisant l'effet Coanda, ainsi qu un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.

On sait que des travaux ont été effectués dans plusieurs domaines de la physique pour réaliser des jets ou faisceaux à structure cohérente susceptibles de ne pas de disperser au sein de milieux physiques divers. Par exemple, le rayon de lumiére laser est un faisceau lumineux dont on a organisé la structure interne de façon cohérente et qui ne se disperse pas, même sur de trés grandes longueurs. De même, on sait organiser la structure d'un jet de fluide incompressible (par exemple un jet d'eau) de façon à éviter sa dispersion dans une atmosphére quelconque. Par contre, on constate qu'aucune solution satisfaisante n'a été apportée jusqu'ici à la réalisation de jets gazeux ou de fluides compressibles; le procédé le plus courant utilisé pour éviter la dispersion d'un écoulement de fluide compressible consiste à canaliser cet écoulement à l'intérieur d'un tuyau.

On connait les inconvénients de ce système à savoir:
présence d'une paroi solide matérialisant le tuyau, tout au long de l'écoulement;
apparition de phénoménes parasites au niveau de la couche limite de contact entre l'écoulement compressible et la paroi du tuyau.

En définitive, ces inconvénients limitent considérablement le domaine d'application des jets de fluides compressibles.

La présente invention a pour but d'éviter ces difficultés en réalisant un jet de fluide compressible à la fois pénétrant et directif. c'est-à-dire susceptible de s'écouler sur une grande longueur sans dispersion et sans canalisation par la paroi d'un tuyau.

Le procédé selon l'invention pour la création d'un jet de fluide compressible est caractérisé en ce qu'on place à l'intérieur et dans l'axe d'une buse tubulaire cylindrique traversée d'un jet de fluide compressible une caréne fuselée dont l'extrémité aval est effilée, alors que l'extrémité amont a la forme d'un bulbe dont l'intérieur est alimenté en un fluide compressible qui s'écoule à l'extérieur de la carène à travers une ouverture de celleci et tout autour de l'axe suivant une direction qui lui est perpendiculaire, entrainant ainsi le fluide compressible ambiant autour de la caréne, pour obtenir à la sortie de celle-ci un jet de fluide compressible à la fois pénétrant et directif.

Suivant une forme d'exécution du procédé, on monte la buse et la carène sur un support toumant, des moyens pouvant être prévus pour les entrainer en rotation autour d'un axe ne coïncidant pas avec l'axe de révolution de la buse. En particulier, I'axe de la buse peut être incliné par rapport à l'axe de rotation, si bien que le jet fluide sortant de la buse balaie à chaque tour la surface d'un cône ou d'un hyperboloïde de révolution à une nappe.

Bien entendu, les moyens utilisés pour entrainer en rotation la buse et la caréne peuvent être divers. Ces moyens peuvent prélever leur énergie motrice directement sur le fluide compressible de l'écoulement, si bien qu'aucune source d'énergie auxiliaire n'est nécessaire.

Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, des formes d'exécution du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.

La fig. I est une vue en perspective d'une caréne du dispositif.

La fig. 2 est une coupe axiale d'une buse équipée de cette carêne pour la production d'un jet de fluide compressible en utilisant l'effet Coanda.

Les fig. 3 à 6 sont des coupes axiales illustrant plusieurs vanantes possibles d'une buse orientable.

La fig. 7 est une vue latérale avec coupe partielle d'une autre vanante.

La fig. 8 en est une vue en plan.

La fig. 9 est une vue latérale avec coupe partielle d'une variante supplémentaire.

La fig. 10 en est une vue en plan.

La fig. Il est une coupe axiale d'une autre variante.

La fig. 12 en est une coupe suivant XII-XII.

On a représenté sur la fig. 1 une carène 1 destinée à l'utilisa
tion de l'effet Coanda dans un écoulement de fluide compressible
schématisé par les flèches 2. Cette carène possède une extrémité
amont 3 en forme de bulbe et une extrémité aval 4 ayant la forme
d'un fuseau effilé. Le bulbe 3 et le fuseau 4 sont reliés par une zone transversale formant une fente périphérique 5 qui communique avec un tube d'alimentation 6. Celui-ci est situé sur l'axe gé
néral 7 de la carène I et il se raccorde sur le sommet du bulbe 3.

Par conséquent, si l'on souffle dans le tube 6 un fluide com
pressible comme indiqué par la fléche 8, on obtient tout autour de
la carène un écoulement transversal qui s'échappe radialement par
la fente 5 et qui est aussitôt infléchi par l'écoulement principal 2.

Le trajet des filets fluides échappés de la fente 5 est schématisé par
les fléches 9.

Si l'on place la carène 1 à l'intérieur d'une buse cylindrique tu
bulaire 10 et dans l'axe de celle-ci. on constate que la carène 1 et
son écoulement équatorial transversal 9 agissent par effet Coanda
sur l'écoulement principal 2. si bien qu'à la sortie de la buse 10 on
obtient un jet de fluide compressible au sein duquel la structure est parfaitement cohérente et organisée, comme schématisé par les
flèches 11. Un tel jet est très pénétrant, c'est-à-dire qu'il conserve
sa structure et son diamètre sur une très grande longueur, sans donner lieu à des phénomènes de dispersion.

On utilise l'ensemble 1. 10 pour obtenir un faisceau fluide di
rectif Il susceptible de se déplacer suivant un mouvement quelconque, et notamment suivant un mouvement de rotation pour balayer une certaine zone. Pour cela. on peut utiliser par exemple
l'un ou l'autre des dispositifs illustrés sur les fig. 3 à 12.

Dans le cas de la fig. 3, la buse 10 et la carène 1 sont montées
à l'intérieur d'un diffuseur cylindrique tubulaire 12. Ce diffuseur est fixe et ouvert à ses deux extrémités. L'axe géométrique 7 de
l'ensemble 1, 10 est incliné par rapport à l'axe 13 du diffuseur 12.

La canalisation d'injection 6 est reliée par un joint tournant 14 à une canalisation fixe 15 axée sur l'axe 13.

L'ensemble 1, 10 peut par conséquent tourner autour de l'axe 13. Ce faisant, I'axe 7 balaie une surface conique s'il rencon
tre l'axe 13. Il balaie au contraire la surface d'un hyperboloïde de
révolution à une nappe s'il ne rencontre pas cet axe 13.

La rotation de l'ensemble 1, 10 autour de l'axe 13 est obtenue par effet de réaction, grâce à une canalisation 16 montée en dérivation sur la canalisation 6 et terminée par un bec 17 à orientation tangentielle. Ainsi. lorsqu'on souffle dans la canalisation 6, le débit principal forme le jet cohérent 11 qui s'échappe de la buse 10, tandis qu'un débit 18 auxiliaire s'échappe tangentiellement par le bec 17 (par exemple vers l'avant, comme schématisé par l'index 18 sur la fig. 3). provoque la rotation de l'ensemble 1,
10 autour de l'axe 13 suivant la direction schématisée par les flèches 19. Le jet cohérent 1 1 de fluide compressible balaie donc une surface de révolution autour de l'axe 13.

On a représenté sur la fig. 4 une autre variante où la rotation de la buse 10 et de la carène I est obtenue à partir de deux piquages auxiliaires, à savoir:
une première canalisation de fuite 20 débouchant hors de la buse 10 par un bec 21 orienté vers l'arrière:
une seconde canalisation de fuite 22 partant du fuseau de la carène 1 pour se terminer hors de la buse 10 par un bec 23 orienté vers l'avant.

Dans le cas de la fig. 5, la buse 10 est réalisée sous la forme d'un tube dont l'extrémité amont coudée 24 se raccorde par un joint tournant 25 à une conduite principale fixe 26. Dans ce cas, la carène Coanda 1, axée dans la buse 10, se raccorde elle aussi par une canalisation coudée 26 et par un joint tournant 27 à une alimentation fixe 28.

Ici encore, la rotation s'effectue autour de l'axe géométrique fixe 13 et le jet cohérent 1 1 décrit une surface de révolution.

Dans la variante de la fig. 6, la buse oblique 10 et sa carène
Coanda 1 sont guidées dans leur mouvement de révolution coni que par une bague extérieure fixe 29 et par un guide tronconique fixe 30. L'axe géométrique commun aux pièces 29 et 30 coïncide avec l'axe 13 d'une canalisation fixe 26 du genre précité. Entre cette canalisation 26 et la buse 10 se trouve une conduite coudée 31 qui leur est raccordée par des joints tournants 32 et 33.

La conduite d'alimentation 6 de la carène Coanda 1 est reliée par une conduite intermédiaire 34 et par des joints tournants 35 et 36 à une conduite principale fixe 37.

A son extrémité amont, la buse mobile 10 est solidaire d'une couronne intérieure d'aubages 38 qui reçoivent la poussée de la veine fluide traversant les conduites 26, 31 et 10. La réaction de l'écoulement sur les aubages ou ailettes 38 provoque la rotation de la buse 10 et de sa carène Coanda 11. Ici encore, le jet cohérent 11 balaie une surface de révolution.

Dans le cas des fig. 7 et 8, l'axe géométrique 7 commun à la buse 10 et à la carène Coanda 1 ne rencontre pas l'axe fixe 13 de l'ensemble fixe 26. Par conséquent, la poussée de réaction 38 développée par le jet cohérent 1 1 se décompose en une force 39 passant par l'axe 13, et en une force tangentielle 40 qui provoque la rotation de l'ensemble 1, 10 autour de l'axe 13. Cette rotation s'effectue grâce à des joints tournants 41 et 42.

Dans le cas des fig. 9 et 10, l'axe géométrique 7 de la buse 10 et de la carène Coanda I rencontre bien l'axe fixe 13, mais l'extrémité aval 43 de la buse 10 est coudée suivant une direction 44 qui, elle, ne rencontre pas l'axe 13. Par conséquent, la réaction des jets cohérents 11 orientés suivant la direction 44 provoque la rotation de l'ensemble 1, 10, 43 autour de l'axe fixe 13.

Dans la variante des fig. I I et 12, on combine les réalisations précédentes en prévoyant, à l'intérieur de la buse 10 et à son extrémité aval, une rangée d'ailettes profilées fixes 45. Le plan médian de chaque ailette 45 coïncide avec la direction de plan définie par l'axe de rotation fixe 13 et par l'axe géométrique 7 de l'ensemble mobile 1, 10. Par conséquent, l'écoulement principal à l'intérieur de la buse 10 agit sur les ailettes obliques 45 dont chacune développe une portance 46. La résultante de ces portances étant disposée transversalement par rapport au plan 7, 13 (voir l'index 47 sur la fig. 11), l'ensemble 1, 10 est soumis à un couple qui entraîne sa rotation autour de l'axe 13.

Claims

REVENDICATIONS

I. Procédé pour la création d'un jet de fluide compressible en utilisant l'effet Coanda pour domestiquer la couche limite de l'écoulement, caractérisé en ce qu'on place, à l'intérieur et dans l'axe d'une buse tubulaire cylindrique traversée d'un jet de fluide compressible, une carène fuselée dont l'extrémité aval est effilée, alors que l'extrémité amont a la forme d'un bulbe dont l'intérieur est alimenté en un fluide compressible qui s'écoule à l'extérieur de la carène à travers une ouverture de celle-ci et tout autour de l'axe suivant une direction qui lui est perpendiculaire entraînant ainsi le fluide compressible ambiant autour de la carène, pour obtenir à la sortie de celle-ci un jet de fluide compressible à la fois pénétrant et directif.

II. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'il comprend une carène Coanda logée coaxialement à l'intérieur d'une buse dont elle est solidaire, des moyens étant prévus pour alimenter en fluide compressible l'extrémité amont de la carène qui possède dans son plan équatorial une ouverture périphérique pour la sortie du fluide suivant une nappe perpendiculaire à l'axe commun à la buse et à la carène.

SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on monte la buse et la carène Coanda sur un support tournant, des moyens étant prévus pour les entraîner en rotation autour d'un axe ne coïncidant pas avec l'axe commun de la buse et de la carène.

2. Procédé suivant la sous-revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de la buse est incliné par rapport à l'axe de rotation, si bien que le jet fluide sortant de la buse balaie à chaque tour la surface d'un cône ou d'un hyperboloïde de révolution à une nappe.

3. Dispositif suivant la revendication II, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour entraîner en rotation la carène et la buse autour d'un axe différent du leur.

4. Dispositif suivant la sous-revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement sont constitués par un débit de fuite du fluide compressible, prélevé en dérivation sur l'alimenta tion de la carène, et débouchant à l'extérieur de la buse suivant une orientation tangentielle à celle-ci, tandis qu'au moins un joint tournant est prévu pour relier la canalisation d'alimentation de la carène à une canalisation fixe.

5. Dispositif suivant la sous-revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième débit de fuite, si bien que deux becs tangentiels d'entraînement par réaction équipent l'extérieur de la buse.

6. Dispositif suivant la sous-revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement sont constitués par une couronne d'ailettes obliques logées à l'intérieur de la buse et solidaires de celle-ci, la buse étant susceptible de tourner obliquement autour d'un axe fixe et roulant sur une surface d'appui tronconique, axée sur l'axe fixe de rotation.

7. Dispositif suivant la sous-revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement sont constitués par une orientation de l'extrémité aval de la buse suivant un axe géométrique disposé obliquement par rapport à l'axe fixe de rotation et ne le rencon trant pas.

8. Dispositif suivant la sous-revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement sont constitués par au moins une ailette fixée à l'intérieur de l'extrémité aval de la buse, le plan moyen de cette ailette étant incliné par rapport à l'axe géométri que de la buse, tandis que le bord d'attaque de l'ailette est paral lèle à la direction de plan définie par l'axe géométrique de la buse et l'axe fixe de rotation, lequel forme un angle avec l'axe géomé trique de la buse.