GOUVERNAIL A VAPEUB FARCOT. — APPAREIL DU BÉLIER

Desciiptloii thèorlqn» et pratiqua dn SerTo-MoteiW iQipUqaè à la maJaœD'VTe des gonvèmalls.

§ 16. — Avantages réalisés.

Le sprvo-moteur, comme nous l'avons vu, donne la solution générale pour tous les cas où l'on aura besoin à la fois de puissance, de précision et de rapidité d action.

On conçoit donc aisément qu'une des premières applications qui s'est présentée à notre esprit a dû être la manoeuvre des grands gouvernails. En effet, depuis que les navires sont devenus plus grands, plus lourds, les cuirassés surtout, oo a cherché, en Angleterre et ailleurs, divers moyens et appareils pour augmenter la puissance des gouvernails et faciliter leur manœuvre..

De plus remploi de téperon dans les luttes navales modernes constitue une arme nouvelle et bien puissante, mais qui, dans l'état actuel des choses, ne peut guère être utilisée; car, pour s'en servir efBcacement, il faudrait pouvoir gouverner le navire qui la porte avec une promptitude, une précision et une facilité d'évolutions, au moins aussi graruies que celles des galères arUigues, pour qui l'éperon était l'arme principale et qui, étant courtes et légères relati-

.yGoogle

— 3o — vement aux vaisseaux actuels, pouvaient obéir à la main du timonier d'une façon fout autre que les bâtiments d'aujourd'hui.

Le servo-moteur donne sous ce rapport toute satisfaction; il conduit le gY)uvemaiI sous la main du pilote avec une rapidité telle que tamplitude totale de sa coune angulaire sera parcourue en un temps aussi court qu'on voudra, deux ou trois secondes par exemple, si on le veut, tandis que les appareils les plus récents d vapeur ou à eau et bien plus compliqués, essayés en Angleterre, exigent, à égatité de parcours angulaire, un délai au moins dix fois plus grand, et que les engins, actuels, fonctionnant à force de bra3, ne peuvent effectuer ce travail qu'en plusieurs minutes.

Nous avons appliqué jusqu'à présent (1872) nos servomoteurs aux gouvernails ainsi qu'aux tours cuirassées de quatre gardoK^tes de la marine française, Cerbère, Bélier, Boule-dogue et l^gre. Le» appareils expérimentés ont manifesté l'exactitude de nos calculs et réalisé toutes nos prévisions.

La barre est transportée presque instantanément d'un bout d foutre de sa course.

Le timonier la manœuvre de l'un quelconque des postes de commande désignés, voyant se reproduire constamment devant lui sur un cadran tous les mouvements que subit le gouvernail.

Toutes les dispositions actuelles sont conservées afin de permettre de manœuvrer d volonté par tancien appareil à drosses ou cordes, en cas d'accident, ou par aervo-moteur.

La commande du gouvernail est constituée de façon à lui permettre de céder sous les coups de mer exactement de la quanti^ qu'on veut pour éviter les ruptures.

Il nous semble évident que, dans ces conditions nouvelles, la manœuvre et les évolutiom d'un navire seront singulièrement facilitées, tant pour virer que pour l'attaque

.yGoogle

à l'éperon et pour tous les incidents de la marche ou du comr bat.

On pourra augmenter autant qu'on voudra, dans ce but, la puissance et l'étendue de' surface du g'ouvernail ainsi que la rapidité de translation de la barre.

Le commandant pourra sans fatigue conduire lui~méme ta barre quand il le jugera utile en circonstances graves.

L'attaque à f éperon pourra être aussi rapide, soudaine et précise que Ton peut le désirer, le gouvernail manoeuvrant aussi facilement et prompiement que celui d'tm canot.

§ 17. — Étude du gouvernail du Bélier. — Division et décomposition éUmmtaire de fensemble de rappœreil.

La manœuvre précise, puissante et sûre d'un gouvernai], par mauvais temps surtout, étant un problème trèscomplexe et trèsHiéiicat à résoudre, nous avons dû, pour éviter toute chance quelconque d'accident, ajouter, dans cette application spéciale, divers accessoires à nosservomoteurs ordinaires, ce qui, à première vue, peut donner à l'ensemble une apparence de complication.

Mus, quand on a étudié l'appareil dans toutes ses parties, on voit bien que la complication n'est qu'apparente, et qu'on ne peut pas le faire plus simple si l'on veut résoudre le problème à fond, c'est-àrdire donner au marin toutes les garanties possibles d'une bonne navigation^ faire qu'il reconnaisse tellement lui-même tous les avantage de la machine nouvelle et y prenne une telle confiance qu'il la préfère de beaucoup à la commande ordinaire par drosses, au double point de vue de la rapidité d'évo-* lutions et de la sûreté pour son gouvernail.

Notre but, dans l'étude que nous allons faire, est de donner une description exaôte et complète, théorique et

pratique, de toutes les parties de l'appareil, afin qu'on puisse bien en apprécier tous les avantages, et surtout de mettre tout le monde à même de bien connaître à fond le fonctionnement et la raison d'être de chacune de ces parties, afin que qui que ce soit puisse conduire notre machine à gouverner aussi facilement que tout engin connu quelconque.

Nous entrerons à ce point de vue. dans des détails de description et de démonstration qui pourront paraître trop élémentaires et donner lieu à desTedites; mais notre excuse, sous ce rapport, sera notre désir de ne rien laisser sans explication et de nous faire bien comprendre de ceux qui doivent manœuvrer et conduire nos appareils.

Nous donnerons dans ce but, à la fin de cet ouvrage, un résumé des moyens pratiques à employer pour vérifier et régler le bon élat de tout l'ensemble.

L'appareil que nous allons étudier et décrire est celui que nous avons appliqué aux gardes-côtes Bélier, Bouledogue, Tigre; c'est le type qu'il conviendrait d'adopter, à peu près sans changements, pour la commande des plus grands gouvernails de la marine actuelle.

Cet appareil se divise en trois parties bien distinctes :

V Serve -moteur double, à vapeur, manœuvrant la barre du gouvernail;

2" Cylindre hydraulique régulateur de flexion du gouvernail sous les coups de mer ;

3° Transmission funiculaire transportant la commande de l'appareil en un point quelconque du bâtiment.

Nousallons analyser et décrire séparément chacune de ces parties, la premièi-e dans la suite du présent chapitre et les deux autres en deux chapitres différents : puis, dans un chapitre suivant, nous chercherons à faire comprendre plus complètement l'utilité et le fonctionnement relatif de tout l'ensemble.

.yGoogle

SËRVO^MOTEUR BaCOT.

Fig 30,

^u^ «rwje A <fc .ffhnfcrç,^ *^ , j^^.

D.aiizcdbjGoogle

§ 18. — Gouvernail â vapeur du Bélier. — 1" partie.

Serro-motonr âonble, manœuvrant la barre.

Cette première partie, le servo-moteur, constitue réellement l'appareil et on pourrait parfaitement manœuvrer par son moyen un ^uvernail quelconque sans le secours d'aucun autre accessoire, si l'on se contentait de la manœuvre proprement dite, sans prévoir tous les inconvénients qui peuvent résulter d'un g^ros temps.

Aussi allons^nous commencer par présenter cet appareil tel qu'il pourrait exister dans toute sa simplicité, et nous arriverons ensuite à montrer g^raduellement comment nous avons été conduits, dans l'étude de construction, à le compléter successivement par l'addition de tous ses accessoires et à le foire tel qu'il est sur le Bélier.

§ 19. — Description d'un servo-moteur simple\appliqué à un gouvernail.

Cet appareil se compose (Hg. 30 et 31) [dlun cylindre à vapeur A dans lequel se meut un piston B, directement relié par une bielle à la barre c, qui elle-même manœuvre, au moyen d'un maneton glissant dans une coulisse D', la barre D du gouvernail. Admettons que la distribution de la vapeur soit effectuée dans le cylindre au moyen d'un tiroir à coquille ordinaire T recevant le mouvement d'un balancier E {rênes du moteur) qui a son centre d'oscillation sur la barre c, et son point de liaison avec le tiroir en m, en face du centre d'oscillation de la barre c.

Supposons le timonier placé au point n, manœuvrant le balancier E, et voulant faire marcher la barre c

■dbyGoogle

dans la direction de la flèche f , par exemple fig. 31 ; il transportera le point n en «', en faisant tourner le balancier des rênes autour du point o qui est fixe; le point m viendra en m', le tiroir se transportera donc de la position T en T, et la vapeur passant par les galeries convenablement dirig^ées arrivera sur le côté X du piston B, qui, poussé par elle, marchera dans la direction de la flèche f. En avançant, le piston entraînera la barre c dans la direction des flèches //', et le point o, appartenant à cette barre, se déplacera avec elle. Si le timonier s'est arrêté en «', le point n' dans sa main devient fixe à son tour, et le balancier E, tournant autour de ce point "fixe n', entraîné par le point o, ramène le point ni en m, position correspondante à celle du tiroir au miheu de sa course, c'est-à-dire à l'admission de vapeur cessante.

Le piston B tendant à continuer son mouvement, en vertu de la pression X qui agit sur lui et aussi de l'impulsion reçue, le point a' se trouve transporté dans la direction o", celui m dans la direction de m" et le tiroir dans la direction de T" ; c^est-à-dire que le piston B aura alors le côté X ouvert à l'échappement, et celui X' à l'admission, afin de ramener le point c" en d qui est la position correspondante à celle n', indiquée par le timonier.

On voit donc que, avec cet appareil, le timonier peut amener la barre dans toutes les positions qu'il voudra, et qu'il lui suffira de déplacer le petit balancier Ë^ pour que la barre ou le gouvernail se déplace exactement de quantité proportionnelle.

Pour les mêmes raisons que nous venons d'exposer, le g:ouvernail se tiendra en équilibre, au point indiqué par le timonier (en supposant qu'on navigue en ettU calme), et le scrvo-motèur déterminera de lui-même la pression qu'il faut constituer sur son pistpn pour faire équilibre à la pression de l'eau sur le gouvernail, pres-

.yGoogle

sion variable, pour chaque inclinaison de barre, et pour chaque vitesse du bâtiment.

En effet, supposons que le gouvernail amené en une position correspondaute à celle c' de la barre c (fig. 30 et 31) supporte une pression Q a^ssant à son centre de fig-ure pour redresser sa barre ; si cette barre se redressait, ce serait évidemment par l'insuffisance de la pression P sur le piston B; mais alors, au premier petit mouvement angulaire qu'elle ferait pour se redresser, elle entraînerait avec elle le point d et par conséquent le point JW, et s'enverrait précisément de la vapeur sur le piston B, du côté X, ce qui la remettrait en sa position.

Si, au contraire, la pression P était trop forte, le piston se mettant en mouvement en sens inverse du précédent, ouvrirait le côté X à l'échappement , et l'équilibre se rétablissant, la barre serait encore forcée de rester au point assigné par le timonier.

On voit donc que, sans que le timonier s'en doute, maigre les condensations qui peuvent se produire dans le cylindre, le servo-motèur sait s'arranger de lui-même en décrivant de temps à autre des petits mouvements angulaires de chaque côté du point où on l'a amené, pour que :

to(P-P')=Q.

C'est-à'dire pour que l'équilibre existe : » étant la surface du piston, Q, la résistance du gouvernail supposée transportée sur l'fixe du piston.

Ou a donc bien là l'appareil puissant et obéissant, capable de manœuvrer un gouvernail, et qui serait suffisant si l'on ne tenait compte des considérations sui»vantes.

.yGoogle

§ 20. — Servo-moteur double appliqué à un gouvernail.

II arrivera presque ioujours que les gouveroails auxquels on appliquera ces appareils seront des g^ouvernails de grands navires et très-difficiles à manœuvrer avec les drosses. On aura peu* suite besoin de cylindres nJo> leurs -puissants, dont les tiroirs seront trop résistants pour qu'on puisse les mouvoir à la main ; aussi ajoutonsnous, pour commander dans ce cas le tiroir, un petit servo-moteur auxiliaire qui fonctionne d'après les mêmes principes que le précédent, de telle sorte Jque, le timonier n'ayant plus à manœuvrer que le tiroir du petit moteur auxiliaire, au lieu de c-elui du g^and moteur, l'appareil devient d'un service très-doux, et les transmissions dont on a toujours besoin à bord pour transporter la commandé sur le pont et ailleurs, sont aussi légères que possible.

, Représentons, comme précédemment, A cylindre du gros moteur, fig. 32 et 33, B son piston relié au balancier c, commandant la barre 'du gouvernail, et E le balancier des rênes du moteur A, ayant son point fixe sur la barre C en o. Soit en a le moteur auxiliaire, b son ' .piston, attaché directement au tiroir T du gros moteur, / son tiroir de distribution mis en mouvement par un levier d'équerre i/i/'; soit ff l'équerre asservissante des rênes du moteur auxiliaire a, ayant son point fixe en s pris sur un appendice de la tige du piston du moteur a ; cgd sont des bielles et leviers de transmission, reliant le balancier E à l'équerre e.

Si le timonier toujours placé en n, figure 33, veut faire marcher la barre dans la direction de la flèche f, il transportera le point n dans celte direction en «', par exemple, et alors :

.yGoogle

SERVO-MOTEBR FARCOT.

Le balancier E tournant autour dii point o, le point m vient en m', le point h vient en A', tournant autour du point s, le point & en ^, tournant aussi autour du point s, et le tiroir t passe en i'; par suite la vapeur arrivant sur le côté ^ du piston è, le pousse en b'.

Le point * alors entraîné par le piston à et se mouvant autour du point A' (qui est devenu point 6xe, puisque Le timonier tient en main le point »') passe en / et celui ^ revient en A, c'est-à-dire que le petit tiroir/ est revenu au milieu de sa course, le petit piston restant en b\

Le petit piston passant de ^ en ^' a emmené avec lui le grand tiroir T en T, et alors la vapeur arrivant sur le côté X' du g^and piston B, le pousse dans la direction f en entraînant la barre avec lui ; il arrive ainsi en B'.

Mais la barre c, marchant, transporte avec elle le point 9, et, le point n' étant devenu point fixe dans la main du timonier, le balancier Ë pivote autour de n' entraîné par o qui vient en o', ce qui replace le point m' en m ; et, par conséquent, le point h' repasseen k, tournant autour de *' et le tiroir / vient en t'. ,

La vapeur arrivant sur le côté a: du piston b', le ramène en à'en entraînant s' autour de à jusqu'en s, et le tiroir V jusqu'en T; alors la barre est avancée d'une quantité correspondante à nn' à la demande du timonier, et les deux cylindres avec leurs tiroirs sont revenus à l'état d'équilibre.

On comprend que si le piston B' tendait à aller plus loin que le point assigné par le timonnier il s'enverrait la vapeur en sens inverse, ce qui le ferait revenir à sa position indiquée.

L'asservissement des deux moteurs, et du grand en définitive, a donc bien lieu comme dans le cas du servomoteur simple, c'est-à-dire que le timonier, avançant, reculant ou arrêtant le balancier E, manœuvre ainsi

.yGoogle

le petit tiroir t et Tait .avancer, reculer, ou arrêter la barre, comme s'il la conduisait lui-mâme directement à la main.

De cette façon le timonier n'a environ que 3 ou 4 kilo^ammes, par exemple, de résistance à vaincre dans sa main, pour conduire où il veut, aussi vite qu'il le veut, un g^ouvernail pouvant offrir une résistance de 10,000 à 12,000 kilogrammes.

On reconnatt facilement dans le système des rênes du servo-moteur auxiliaire a la variante décrite au § 9 ffig". 23), appliquée en principe et complétée.

§ 21. — Tiroirs à découvrement.

Dans ce g^enre d'appareils, la perfection idéale à atteindre pourrait paraître exiger l'emploi de tiroirs rég-Iés arête pour arête avec les orifices du cylindre, afin d'obtenir une rég-ularité infiniment g-rande dans la manœuvre; car, -pour un mouvement infiniment petit subi par la barre au-delà de ce qui lui est commandé, le tiroir ouvrirait tout de suite, soit à l'admission, soit à l'échappement, les passages du cylindre, afin de rétablir, par ce petit mouvement même, l'équilibre qui avait été rompu. Mais, en pratique, cela n'est pas possible, il faut donner au tiroir 1 à 2 millimètres de recouvrement en dedans et en dehors sur les orifices, afin d'avoir une certaine marge pour régler l'appareil.

Nous remarquerons qu'il n'est pas nécessaire que les deux orifices soient ainsi couverts en même temps par le tiroir et qu'on peut tout aussi bien, par exemple, avoir un tiroir dans le genre de celui T (figure 34), découvrant les deux orifices au n;iilieu de sa course, par moitié ou autrement.

.dbyGoogle

SliRVO-M OTEUR TARCOT.

ïïg. 34

En effet, en partant de barre droite, position b {Rg. 35) où la résistance sur le gïiuvernall est zéro et allant vers a, où elle atteint son maximum d'un bord, la pression doit seconstituerdu côté j' du piston; de même, en allant vers c, la pression doit se constituer du côté x de ce piston.

1^63 positions a' è'c' du piston correspondent à celles abc du safran.

Il y a donc évidemment un moment, correspondant au milieu de la course de ce piston, où il n'existe plus de résistance à vaincre pour tenir la barre, et, à partir de ce moment, lorsqu'on veut pousser la barre d'un bord ou de l'autre, il faut constituer la pression d'un côté ou de l'autre du piston.

Ceci étant, on voit que le tiroir T suffira très-bien pour la manœuvre si l'on peut lui donner, figure 36, la position T' comme stop, ou point d'équilibre , pour toutes les positions d'équilibre de la barre correspondant à celle du piston du côté X, et ensuite comme autre stop la position T" pour toutes celles de la barre correspondant aux positions du piston du côté X'.

En effet on aura alors le côté du piston sur lequel doit ag-ir la pression P pour mouvoir la- barre en communication constante avec la chaudière, l'orifice d'admission restant ouvert en ^and, tandis que, l'autre orifice étant fermé, le système de rênes constituera du côté correspondant du cylindre, par tâtonnement en ouvrant, tantôt à l'échappement, tantôt à l'admission, une pression P' telle que, la pression de la chaudière étant P, on ait constamment :

ce qui est bien l'équation de l'équilibre du gouvernail.

.yGoogle

Q étant la résistance de la barre transportée sur le piston, b> la surface du pislop B.

Nous démontrerons tout à l'heure que l'emploi d'un tiroir régulé de la façon que nous venons de décrire produira une grande économie de vapeur ; mais, pour se servir d'un tiroir à découvrement comme celui reppésenté fig:. 34 et 36, il faudra résoudre un problème nouveau consistant à bien établir rig'oureusement les deu;^ stops nécessaires du tiroir, c'est-à-dire à faire que, automatiquement, sitôt qu'on veut faire marcher le piston B et sa barre, sur tribord par exemple, le tiroir vienne prendre son stop correspondant en T", et réciproquement, quand on voudra faire marcher la barre sur bâbord, il vienne prendre son stop en T , c'est-à-dire qu'il vienne se remettre toujours à l'un de ces deux stops bien déterminé, pour une position quelconque de ta barre soit sur tribord ou sur bâbord.

C'est au passag^e de barre droite que ce déplacement de stop du tiroir doit spontanément s'effectuer, car à ce moment la résistance de la barre est nulle.

Nous allons expliquer les raisons qui nous ont fait adopter le tiroir à découvrement, malg'ré cette difficulté qu'il fallait résoudre.

On se rappelle que nous avons d^à dit quelques mots de ce g-enre de tiroir aux § 2 et 14.

§ 22. — L'emploi dun tiroir à découvrement pour le grand cylindre réalise une économie de 50 pour i 00 siir la vapeur

Dans la manœuvre d'un gouvernail, il n'y a travail à produire que pour donner à la barre un ang'le quel-

.yGoogle

conque, et, quand it faut la remettre droite, la pression de l'eau qui agfit sur le gouvernail suffit pour ramener tout dans l'axe du navire. Il est donc de première utilité de proflter de cette puissance de l'eau et de ne pas dépenser de vapeur pour redresser la barre.

Avec le tiroir arête pour arête, que nous avons décrit précédemment, la barre étant en une position quelconque, pour la ramener, on est conduit, en manœuvrant le tiroir, à ouvrir l'un des côtés du cylindre à l'échappement, ce qui perd un volume au moins ég'al à celui qu'engendre le cheminement du piston et bien inutilement, car, ainsi que nous l'avons dit, la pression de l'eau est suffisante pour ramener barre droite.

Or, comme chaque fois qu'on a donné un angle à la barre, il faut, dès que le bâtiment a pris sa route, la ramener, il s'ensuit qu'on dépenserait autant de vapeur pour redresser la barre que pour lui donner de l'inclinaison, c'est-à-dire deux fois la vapeur qu'on devrait réellement dépenser. C'eût été là un grand défaut, que nous avons dû chercher à éviter complètement : noua y avons réussi.

Le tiroir à découvrement supprime tout à fait ce grave inconvénient.

En effet, la barre ayant été amenée à une position quelconque, a (fig. 35), le tiroir se trouve en T' (fîg. 36); le côté X' du cylindre communiquant avec la chaudière, est à la pression P, celui X est à une pression telle que :

Examinons ce qui va se passer, avec un tiroir à découvrement, pour ramener la barre et la remettre droite en è.

On va faire marcher le tiroir de T en T; les deux côtés du piston X et X' seront mis tous deux en commu-

.yGoogle

nicatîon avec la chaudière, et la vapeur se trouvant du côté X', au lieu de s'échapper dans l'atmosphère pour laisser revenir le piston, s'écoulera hbrement du côté X en repassant par la boîte de distribution et ne sera pas dépensée, le piston pris entre des g^az à pressions égales reculant immédiatement et n'opposant plus aucune résistance à la pression de l'eau, qui seule agira pour redresser la barre.

On voit donc que, avec le tiroir à découvrement que nous avons adopté pour nos servo-nioteurs de g'ouvernail, on utilise la pression de l'eau pour redresser la barre, et qu'ainsi 'la dépense de vapeur est réduite à son minimum.

S'il arrivait que la pression de l'eau ne fût pas assez forte pour redresser complètement ou assez rapidement la barre, soit qu'il y eût un trop petit ang-le de barre, ou une trop faible vitesse du bâtiment, le timonier la ramènerait automatiquement sans s'en apercevoir parce que le tiroir venant de T' (fig". 36), au lieu de s'arrêter en T, passerait sous l'action des rênes en T", et ferait ag-ir la vapeur utilement du côté X, en ouvrant celui X' à l'échappement.

Maintenant que. l'on reconnaît toute l'utilité de l'emploi du tiroir à découvrement, nous allons décrire la disposition par laquelle nous avons pu lui déterminer automatiquement et d'une façon absolue ses deux stops. (?e^ au moyen de l'appareil que nous nommons chariot de déplacement des stops et dont nous avons déjà exposé antérieurement les principes de construction d'une façon g-énérale au chapitre III, § 14, en traitant des dispositions et principes g-énéraux.

Pour faire comprendre facilement et complètement les dispositions et fonctions de ce chariot, nous allons d'abord décrire en détail le système constitutif et le fonctionne-

DigtizodbyGOOglC