ET AUXILUIRES DIVERS DES MACHINES MARINES ACTUELLES
Chap. IV, § 1". — Propulseurs.
M* 8S. — 1. Tjpmm dliéllms les plva répandues sietiiellemeal. — 9. lUmsrqaes sur le reoal négmUt» — 8. GoasUéretlens céDérsles sur U propalaion des Davires. Da ooefIcieBt de Tlteese aotaelleaMBt en «ae^. — 4. Galoal de l'effort exercé sur le peller de katée, U bâtiment •n merolw ea amarré. — 8. HéUoeaJiuiaelles. — 6. ^etaears méoa»li|MB. — 7. DiapesItleM diverses relatiTes à l'iBstallatieB des héUcesà l'arrière et ans ersaMs des Ugnes d'arbres.
N^ 56^ Types d*hélioes les plus répandues actuellement. — En examinant les résultats des essais des divers bâtiments (tableaux B {suite) et G {suite)) ^ on voit qu'au point de vue du recul il y a peu à gagner : car bon nombre d'entre eux sont inférieurs à 0,1. On ne peut espérer apporter des améliorations au fonctionnement du propulseur, qu'au point de vue de l'utilisation de la puissance et de la diminution des vibrations qu'il communique au bâtiment. C'est en vue de ces améliorations que les propulseurs que nous allons décrii*e ont été conçus. — Les pas variables ont été conservés par la plupart des constructeurs anglais; mais ils ont été abandonnés en France comme ne donnant que peu ou point de bénéfices, et créant des difficultés dans Texécution du propulseur. Les modifications importantes III. 1
que l'on rencontre dans les nouvelles hélices, portent soit sui- la forme particulière de la génératrice, soit sur la coupe des ailes qui ont une courbe pour ligne médiane, au lieu d'avoir une ligne droite.
Fig. S4« Hélice Cirlfttth. *- Sur un moyeu sphérique A, fig. 34, pL VI, sont
PI. VI. montées quatre ailes déployées B, emmanchées par des tenons cylindriques très-larges, mais très-courts. Chaque aile se raccorde sur son tourillon par une forte collerette boulonnée sur le moyeu et maintenue par les vis b. — L'emmanchement a du bout de Tarbre est conique, et cet arbre egt maintenu par des clavettes a,, engagées dans le moyeu et dans une entaille tangente pratiquée sur Tarbre. Ces clavettes sont mises en place avant les ailes ; on les introduit par les trous d'emmanchement de ces dernières, que prolongent les cavités a* du moyeu. — Les sections c, c', c*, sont faites dans une aile par des cylindres concentriques au moyeu. Ces sections, qui donnent l'épaisseur de Taile en divers points de sa longueur, sont ramenées dans le même plan dans la vue 2'. La génératrice de la surface des ailes est légèrement courbe, comme le montre la vue l^. Les deux extrémités. Tune sur Taxe et l'autre sur le bord de l'aile, sont dans un plan perpendiculaire à l'arbre. La flèche maximum de la courbure est aux trois cinquièmes du rayon, et vaut environ 0,04 du diamètre. En avant de ce point, vers l'axe, la génératrice s'écarte peu d'une ligne droite ; c'est seulement en dehors que la courbure est prononcée. — La directrice est une spire ordinaire, ainsi que le montrent les parties rectilignes des coupes concentriques, vue 2'. — Le pas est croissant depuis le moyeu jusqu'à l'extrémité des ailes. Les fractions de pas varient dans Tordre inverse. Voici d'ailleurs les proportions pour l'hélice représentée en /î^f. Zk^pl, VI.
An* ^^it Fflvnn J Pas = l,06 du diamètre extériear D.
AUX g au rayon . . . . j Ynciiùa de pas total© =0,75, soit 0,80 D.
3 ( Pas = 1 22 D .
Aux 5 du rayon. . . . | praction de pas totale « 0,53, soit 0,65 D.
. 4 . j Pas = 1,31 D.
AUX ^ au rayon . . . , j p^action de pas totale = 0,35, soit 0,46 D.
Arexlrémité Pas = l,33D
La forme donnée à la génératrice a pour but d*éviter, dans une certaine mesure, la dispersion des filets liquides sous l'action de la force centrifuge, et de chasser Peau, le plus possible, dans la direction de Taxe du bâtiment. L*augmentation du pas depuis le moyeu jusqu'aux extrémités des ailes a lo même but: le pas étant plus petit sur les parties voisines du moyeu, ces parties ont une inclinaison plus grande sur Taxe; leur effet propulsif est plus efficace, et l'eau étant repoussée dans une direction qui s'écarte moins de l'axe, le développement de la force centrifuge est moindre. Enfin, toutes ces circonstances réunies ont permis de donner aux ailes une très-grande largeur dans les régions voisines du moyeu, et de diminuer la résistance qui agit avec le plus grand bras de levier, vers les extrémités, ce qui était nécessaire en vue de l'emmanchement des ailes et de leur fixation sur le moyeu. Toutefois, ce mode de fixa-
tion laisse à désirer, car les tenons des ailes ont si peu de hauteur que toute la résistance doit èlre supportée par le boulonnage. — Somme toute, ce genre dliélice a donné de bons résultats pratiques, et fonctionne sans occasionner de trépidations sensibles.
On rencontre aussi, sur quelques bâtiments anglais, une disposition de Thélice GriffUh^ à deux branches, qui présente un autre mode de jonction des ailes. Le moyeu est formé par deux cônes opposés par la base, et dont Taxe commun est perpendiculaire à celui de Tarbre. La racine de chaque aile est trèslarge; elle est creusée et ajustée sur les cônes formant le moyeu, de manière à embrasser la moitié de chacun d*eux. Les racines des ailes forment, par suite comme un deuxième moyeu autour du premier. La jonction est opérée par deux énormes boulons qui traversent le moyeu etle^ racines des ailes, tangentiellement à Tarbre, et dont les tètes et les écrous sont noyés dans les racines des ailes. Les axes de ces boulons et Taxe commun des cônes formant le moyeu sont dans le même plan» et les deux premiers axes sont perpendiculaires au second.
Hélioe HIrsA» — Cette hélice a un pas d'entrée et un pas de sortie; la génératrice est une spirale dont la concavité est tournée vers Tavant, Thélice tournant de gauche à droite. Les ailes sont par suite courbes, Textrémité étant plus avancée que la racine dans le sens du mouvement de rotation. Cette disposition a pour but de faire disparaître les trépidations qu'occasionne généralement le propulseur, en évitant, dans une certaine mesure, la dispersion des filets liquides, et par suite d'augmenter le rendement. La construction de cette hélice est représentée par la fig. 29 du texte.
L*hélice est à quatre branches déployées sur un moyeu sphérique dont le rayon est égal au dixième du diamètre. L'arc AB, me r, d'environ 30o, étant partagé en cinq parties égales, par exemple, le rayon CA est partagé en un même nombre de parties égales ; les points de rencontre des rayons de division de AB avec les arcs de cercle concentriques qui passent par les points de division de GA, donnent les points de la spirale CMA qui doit servir de génératrice. — On pourrait employer toute autre courbe, un arc de cercle, par exemple. La courbe CMA est l'intersection de la surface agissante de Thélice, lors de la marche avant, avec un plan perpendiculaire à Taxe de Tarbre. La position de cette génératrice, qui est la ligne médiane de Taile, se projette par suite suivant une ligne droite AC, vue 2*.
Les fractions de pas sont croissantes depuis Textrémité de Taile jusqu'au moyeu; en ce dernier point la fraction de pas est double, environ, de ce qu'elle est à Textrémité de Taile. df vue ^ étant cette dernière, dY=^fj et Ton joint dd et ff. Les portions de parallèles à Taxe comprises entre ces deux dernières droites et menées parles points de division de CA, donnent les fractions de pas intermédiaires. Il est alors facile de construire la projection de Taile vue 1% puisque chaque portion d'arc de projection qui correspond à une coupe concentrique, est égalée la circonférence du cylindre sécant multipliée par la fraction de pas correspondante. — Le bord supérieur f de Tarôte d'entrée est légèrement arrondi sur une longueur égale à 0,1 environ du rayon i
i HÉLICES. — N* 55i
L'artte de sortie dét est coupée suivant une courbe mh qui part des trois cinquièmes du rayon, et qui enlève le quart environ de la fraction de pas de
Fig. 29. Hélice Hirsch.
Vue 5* Vue i*
Vue 1". Hélice vue de l'arriére, avec épure de coostraction et coupe doonant les épaisseurs
des ailes aux divers points de leur longueur. Vue 2*. Élévation de cété et coupes concentriques dans une aile.
Textrémité de Taile. D'autre part, les arêtes d'entrée et de sortie sont légèrement arrondies à la racine, pour se raccorder sur le moyeu. L'aile ainsi modifiée se projette en ahmd'fa vue 2^
Si sur la courbe médiane CMA, on porte les épaisseurs des ailes en divers points du rayon, en obtient la coupe vue T. Les coupes vue 2<>, qui donnent les diverses inclinaisons de la face agissante de Taile, sont obtenues de la mitnière suivante: CF et CF, vue 2«, sont le pas d'entrée et le pas de sortie divisés par 2ir; il en résulte que les obliques, telles que Fn et Fn, donnent Tinclinaison de Phélice à Pextrémilé du rayon Cn. La différence FF' est égale au pas de sortie CF multiplié par la moitié du recul présumé. — On obtient les inclinaisons des diverses coupes en joignant les extrémités 2, n, 4 et A des rayons aux points F et F'; la moitié avant de Taile participe du pas d'entrée CF'; la partie arrière participe du pas de sortie CF. Il n'y a plus qu'à rapporter les épaisseurs relevées sur la coupe vue l^ — Pour la coupe 2, et pour celles qu'on poufrait faire près du moyeu, le pas de sortie est modifié; ce pas diminue de plus en plus en approchant du moyeu, et devient même inférieur au pas d'en-
HÉUCES. — N- 55i 5
trée. Cette modificatioa s'étend dans la partie arrière de Taile, sur une surface comprise entre Toblique Cd et la courbe m'm^ qui prend naissance aux deux cinquièmes du rayon et vient rencontrer le bord de Taile à une distance du centre un peu inférieure aux trois cinquièmes de ce rayon. — La diminution croissante du pas de s<^tie a pour but de faciliter le dégagement de Feau près du moyeu.
D'après le mode de génération de Thélice Hinch^ les ailes sont fortement infléchies, et sont d'ailleurs courbes. Il en résulte une diminution notable de la force centrifuge développée sur Teau que les ailes actionnent, et une moins grande divergence des filets liquides que Thélice refoule sur Tarrière. Par suite, les trépidations sont notablement réduites, sinon complètement annulées.— Quant au recul, il n'est pas inférieur à celui des hélices ordinaires de la marine française.
L'hélice Hinch, bien que d'une grande difficulté de construction, est trèsrépandue en Angleterre. Par contre, elle est très-peu usitée en France ; les hélices ordinaires, à ailes courbes, fig. 2, pL VIH eifig. 30 du texte, sont d'une construction beaucoup plus simple et procurent les mêmes avantages que rhélice Hirsch.
Sélloe a aUes coarbes de la marine française. — Cette héfice, représentée par hfig. 2,pL VIÏI, est d'une construction beaucoup plus facile que rhélice Hirsch, et présente les mêmes avantages au point de vue de l'absence de trépidations.
La face arrière des ailes est une surface hélicoïdale à pas constant et k gé- Fig. s, nératrice droite. La courbure des ailes résulte de la manière dont la surface ^'' ^^"' hélicoïdale de chacune d^elles a été limitée. — abc étant la ligne médiane d'une aile limitée par deux génératrices droites, on a fait en arrière du sens de la rotation l'angle cad = 20»; Ton a pris ab=z 1/5 du rayon, et l'arc de cercle db qui passe par le point d et qui est tangent à oc en 6, détermine la projection dba de la ligne médiane de l'aile de l'hélice à construire. Pour limiter Faile, il faut se reporter aux fractions de pas adoptées pour divers points du rayon, faire passer par ces points des arcs de cercle, et porter, à par^ tir de la médiane dba^ la moitié de la fraction correspondante de la circonférence. Ainsi à l'extrémité de l'aile, la fraction de pas totale étant de 0,046, vaut 0,0115 pour chaque aile, si ces dernières sont au nombre de quatre ; l'arc fim vaudra donc le 0,0115 de la circonférence, et dm=rdn vaudront la moitié de eelte quantité. — Les courbes passant par les extrémités des ares ainsi obtenus pour divers points du rayon limiteront l'aile.
Il résulte de la méthode employée pour limiter les ailes que ces dernières ont leurs extrémités rejetées sur Tarrière, par rapport au moyeu, comme le montre la vue 1". — Le rendement de l'hélice n'est pas sensiblement augmenté par cette disposition ; mais les trépidations de Tanière sont sensiblement diminuées, l'eau n'étant pas projetée
contre la traverse supérieure de la cage comme avec les hélices ordinaires.
La coupe xr figurée sur Taile, vue 2"*, donne les épaisseurs en divers points de la largeur de Taile. Ces épaisseurs sont comprises entre deux courbes, dont Tune étant la courbe médiane de Taile, l'autre lâent presque tangente au moyeu. — Cette coupe n'est pas le rabattement exact de la coupe de Taile.
Voici les dimensions principales de cette hélice pom- une machine de &.000 chevaux indiqués, donnant 56 tours par minute.
Diamètre 4»,800
Pas (1,666 du diamètre) 8-,000
Fractions i à l'extrémité des ailes 0~,046
de pas ! au milieu des ailes 0*,060
totales ( au moyeu 0",I30
Nombre d'ailes déployées 4
Coefficient de recul 0 ^115
Autre type d'hélioe A ailea «mnrbes de la marine flraii» çatee. — Cette hélice a été construite pour le Tourville (n* 31 J. — En principe, ce croiseur avait une hélice Mangin à deux ailes doubles. Dès les premiers essais, et bien avant que la machine eût développé toute sa puissance, les trépidations imprimées par Thélice à tout le bâtiment furent tellement fortes, que Ton craignit pour la solidité de la mâture. Les Forges et chantiers de la Méditerranée construisirent alors la nouvelle hélice qui nous occupe, et qui est représentée par fîg. 30.
La génératrice est droite; la directrice est une spire ordinaire à pas constant. Les lignes médianes des ailes ont pour projection sur le cercle des spirales CB, vue \^, construites de la manière suivante : l'écart AB embrasse un angle de 43* à 44°; en partageant Tare AB et le rayon en un môme nombre de parties égales, en menant des rayons par les premiers points de division, et des arcs concentriques par les seconds, on trouve les divers points de la courbe GB qui est la projection de la ligne médiane de Taile. Il n'y a plus, pour achever la projection de ces ailes, qu'à porter, de chaque côté de la ligne médiane, les portions d'arcs qui correspondent aux demi- fractions de pas partielles. En joignant, de chaque côté, les points trouvés par une courbe, on obtient la vue V. Les bords extérieurs des ailes sont légèrement arrondis principalement sur Tarôte entrante.
Pour la vue 2®, l'écart ab dont est rejetée sur l'arrière l'extrémité de la ligne médiane de chaque aile, est déterminé par la proportion : — =-: — *-=7
HÉUCES. — N*» 55, 7
Pour projeter les bords des ailes, il faut partager ab en un même nombre de parties égales que Parc AB, mener les ordonnées qui représentent des rayons, et projeter sur chaque ordonnée le point de rencontre du bord de Taile avec le rayon qui porte le même numéro de <iivision que cette ordonnée.
L'aile droite, tracée en pointillé, vuei 1° et 2», représentée forme qu'auraient
Fig. 30. Autre type d'hélice à ailes courb«s. Vue 2« Vue !•
Vue 1". Hélice vue de rarrière, avec épure de constructioo et coupe donnant répaisseur
des ailes aux divers points de leur longueur. Vue 2*. Élévation de côté et coupes concentriques dans une aile.
les ailes de Thélice si les lignes médianes étaient des rayons. Les obliques pointillées nk, nk',nk'^ vue 2<>, donnent Tinclinaison de la spire et par suite de la section de Faile, pour les divers points du rayon médian que ces obliques coupent. Les sections réelles ont la même inclinaison. Cette manière de faire est
basée sur l'égalité : Tang. inclinaison =^^=z^^-^ — -' Or, la hauteur mn vaut
pat: 2k\ etcomme mA:,mA:',mA:', etc., sont les rayons aux divers points considérés de Taile, les obliques nk, nk', nk\ etc., sont dirigées suivant Tinclinaison.
Cette hélice a l'avantage, comme la précédente, d'éviter les trépidations; car, en raison de la coupe des ailes, l'effet centrifuge sur l'eau est moins sensible que dans les hélices ordmaires. Voici ses
dimensions pour une machine de 7.200 chevaux indiqués fonctionnant à 76 tours par minute.
Diamètre o-,760
Pas (1,319 du diamètre) 7-,730
Diamètre du moyeu O^^OIO
Nombre d'ailes déployées 4
Fractions ( à Pextrémité des ailes 0 ,16
de pas < au milieu des ailes 0 ,32
totales f au moyeu ..... 0 ,64
Coefficient de recul d'après les expériences 0 ,093
v\%m Hélice A aUe» pepoéea. — Cette hélice, fig. 3, pi. VIII, est d'origine
anglaise; elle était montée sur le transport /'Ot<e; sa construction présente quelques particularités intéressantes. La directrice est une spire ordinaire; le pas est progresnvemenicroitsant dep\iis\e moyeu jusqu^à rextrémitô des ailes. Ce pas vaut, près du moyeu, 1,22 du diamètre, et la fraction de pas totale est de 0,26; à l'extrémité des ailes, le pas vaut 1,30 du diamètre et la fraction de pas 0,15 seulement, en raison de Tarrondi de Faile. En dedans de cet arrondi, le produit de la valeur du pas par la fraction de pas est un nombre constant.
Les ailes, au nombre de quatre, se raccordent sur un moyeu sphérique m, d'un rayon égal aux 0,2 du rayon de Thélice. Les arêtes ab et a'b' des ailes sont des lignes droites situées dans des plans parrallèles entre eux et perpendiculaires à Taxe ; mais ces lignes ne rencontrent pas ce dernier. Chacune d'elles vient couper le plan qui passe par Taxe de l'hélice et la ligne médiane de Taile, de Tautre côté de Tate par rapport à Taile, et à une distance égale à environ 0,1 du rayon. Au delà du point b\ la partie entrante de Taile est coupée par un cylindre dont l'intersection b'd raccorde Farête ab' avec la circonférence extérieure. Le rayon de ce cylindre vaut les 0,37 environ du rayon de l'hélice. — Sur l'arête de sortie, l'angle extérieur n'est que très-légèrement arrondi.
L'évidement c, pratiqué sur chacune des ailes, présente à peu près la forme de Taile elle-même. Cet évidement s'étend depuis les 0,32 jusqu'aux 0,82 du rayon. La surface enlevée par chaque évidement est d'environ un cinquième de la surface totale d'une aile. Cet évidement a pour but de diminuer la résistance de l'aile et de permettre à la portion de surface qui est près de l'arête de sortie d'agir efficacement, car elle rencontre une eau qui n'a pas été actionnée pendant tout le temps du passage de cet éviden^ent.
IV« 55, Remarques rar le reeal nén^tlf . — On dit que le recul est négatif lorsque le chemin fait par le bâtiment dans un tour d'hélice est plus grand que le pas. En principe, quand c'est l'hélice qui propulse, il ne doit pas y avoir de recul négatif par rapport à l'eau dans laquelle se meut le bâtiment. Un semblable recul ne peut être trouvé que si la vitesse du navire étant mesurée le long d'une base fixe, le bâtiment avance dans une eau animée d'une vitesse propre, dans le sens même de la. marche du navire. En l'absence de courant, un fort vent arrière peut produire, sinon un recul négatif, du moins
un recul très-faible, surtout s'il y a de la mer due au vent régnant, parce que la lame pousse le bâtiment dans la direction de sa route.
Les reculs insignifiants ou môme négatifs que Ton a constatés sur quelques bâtiments, lors de leurs essais, peuvent provenir de Tune des quatre causes suivantes et quelquefois de leurs actions combinées.
l» De la variation, pendant la durée des essais^ de rintentité du courant le long de la baie mentrée. — La variation du courant peut être au désavantage de la vitesse, si ce courant est plus fort lorsque le bâtiment marche à contre que lorsqu'il va dans le même sens que lui, et le recul augmente. Dans le cas contraire, la variation du courant est favorable à la vitesse ; le recul diminue et peut devenir négatif par rapport au chemin fait le long de la base mesurée, mais il reste positif par rapport à l'eau.
Ce fait s'explique.de lui-même. Nous l'avons constaté notamment lors des expériences du Colbert du 19 avril 1877. Voici, à ce point de vue, les résultats de ces expériences :
Heure de la pleine mer 7* 6" matin, et 7^ 30" soir.
Direction et intensité du vent N.N.E., jolie brise.
Direction ( Parcours d'aller, du Hinou aux Vieux-Moines. S 68* 0 de la route j Parcours de retour, des Vieux-Moines au Minou. N68*E 1" double j Aller, de 10* 07" à W 34- 53«. Recul . . . = — 0,031
parcours | Retour, de 10* 52- à 11* 25- 53". Recul . . . = + 0,149 2« double j Aller, de 11* 40- à 12* 07- 21*. Recul .. r= — 0,059
parcours î Retour, de 12* 28- à 1* 01- 17*. Recul . . . = + 0,118 3* double j Aller, de 1* 19- à 1* 46- 54'. Recul . . . = — 0,047
parcours | Retour, de 2* 09- à 2* 41- 39'. Recul . . , =4-0,113 • double j Aller, de 2* 52- à 3* 20- 44'. Recul . . . = — 0,007 parcours | Retour, de 3* 30- à 4* 01- 25«. Recul . . . =-+-0,066
Moyenne du recul = -f 0,038
On voit que dans les parcours d'aller, le vent et le courant ont été favorables à la marche, et que le contraire a eu lieu dans les parcours de retour. Les variations de l'intensité du courant se font bien sentir; car, le long de la base, c'est vers 10^ 30" que le courant était dans toute sa force et vers 2^30™ que la mer él:ait étale. — En ne considérant que l'influence des variations du courant, la moyenne aurait été exacte si le dernier parcours de retour s'était effectué avec une intensité de courant égale et de sens contraire à l'intensité du courant du premier parcours d'aller. Mais il n'en a pas été ainsi, et le premier parcours d'aller ayant été effectué avec le courant, le recul trouvé est trop faible; on obtient un résultat bien différent si on élimine le premier et le dernier parcours. En effet, le recul moyen prend alors une valeur de 0,047 ; mais il faut considérer que, dans ce cas, la base aurait été attaquée avec le courant contre, et que, par suite, le recul trouvé doit être trop fort.
A notre point de vue, la valeur la plus approchée du recul est la moyenne des résultats relevés pendant le troisième double parcours, et pendant l'aller du quatrième double parcours, parce que la mer était étale ou k peu près pendant le retour du troisième double parcours ; on trouve ainsi pour le recul moyen, 0,043.
Lorsque le recul négatif provient de la cause qui nous occupe, la valeur du
coefficient de vitesse M (n* 55j) est toujours élevée, eu égard aux formes et aux dimensions du bâtiment. Ainsi, pour leColhert, et dans les expériences relatées ci-dessus, on a obtenu M = ^,^8 ; tandis que dans Texpérience du 24 avril, pour laquelle on a un recul de 0,049, sans qu*il soit négatif dans aucun parcours, on a obtenu M = 4,40 seulement.
Nous devons encore faire une remarque au sujet du courant: il arrive fréquemment qu^à la suite des pluies, surtout dans le goulet de Brest, et généralement sur les côtes le long desquelles se déversent des cours d'eau d*une certaine importance, il se forme un courant d'eau douce bourbeuse qui se fait sentir au-dessous de la flottaison, à partir de 2°> environ, et qui marche môme en sens contraire de la marée montante. Ce courant donne à Thélice du bâtiment qui marche dans le même sens que lui, un point d'appui plus résistant qui doit faire diminuer le recul, tandis qu'il doit faire augmenter ce recul pour le parcours inverse. Son influence est naturellement toute locale, mais il était bon de la signaler.
2» Du relevé inexact du pa$ de Vhélice. — Avec les hélices à pas croissant, on obtient un recul très-faible ou même négatif, en comparant l'avance par tour au pas moyen ou au pas de la corde, tandis que c'est avec le pas de sortie qu'il faut dans tous les cas comparer cette avance, ainsi que cela se fait d'ailleurs actuellement en France. Avec les hélices à pas constant, telles qu'on les construit presque toutes aujourd'hui, le recul négatif peut provenir de ce qu'on a relevé, après la construction, un pas plus faible que celui qui existe réellement. Il peut arriver aussi que toutes les ailes n'ayant pas la môme inclinaison, ou bien les différentes parties des ailes n'ayant pas toutes le même pas, par suite d'un gauchissement dû au retrait du métal après la coulée, on fasse une moyenne inexacte. C'est ce qui a lieu en prenant la moyenne arithmétique des différents pas relevés, sans tenir compte des différences considérables d'action des divers éléments de l'aile, suivant la distance de ces éléments h l'axe de rotation.
3* De la déformation dei ailet de Vhélice par suite de la résistance de Veau. — On remarque, en effet, que le recul négatif n'est généralement constaté qu'avec la marche à grande vitesse, alors que la résistance opposée par l'eau au mouvement de l'hélice atteint sa plus grande valeur. 11 peut résulter de cette résistance une déformation des extrémités des ailes, qui tendent naturellement à se courber, et qui se courbent môme réellement, en même temps que le pas devient plus grand, car la résistance est plus considérable vers Tarêle d'entrée que vers l'arête de sortie. A cause de l'action plus considérable des extrémités des ailes, le bâtiment avance en raison d'un pas plus grand que le pas normal de l'hélice, et le recul compté sur ce dernier pas devient alors très-faible ou même négatif.
4" De Vexistence sur Varrière du navire d'une certaine masse d'eau qui suit le bâtiment. — Dans cette hypothèse, qui est admise par quelques ingénieurs (n* 144, du G** Traité)^ l'hélice pourrait bien avoir un recul positif par rapport à l'eau sur laquelle elle s'appuie*, mais cette dernière étant animée d'un mouvement en avant, le recul serait finalement négatif. — Lorsque les formes de l'arrière sont défectueuses et que les filets liquides déplacés par le bâtiment ne viennent pas se rejoindre naturellement derrière l'étambot avec une vitesse
HÉLICES. - N<» 55, il
transversale nulle, il se produit une dépression sur rarrièrO) et une masse d*eau se précipite comme pour suivre le bâtiment. Mais Thélice fonctionne alors dans de très-mauvaises conditions au point de vue de l'utilisation, car Teau ne se renouvelle pas avec facilité au point où elle se trouve. D'autre part, Teau qui afflue sur Tarrière frappe les ailes dans le sens du travers et a pour effet principal d'absorber une grande partie du travail moteur. Dans tous les cas, le mouvement de Teau sur l'arrière étant déterminé par une dépression, il résulte de cette dépression la perte d'un certain travail moteur que la plus grande résistance opposée aux ailes ne peut compenser. Par suite, le recul négatif obtenu dans ces conditions ne saurait être avantageux, et la valeur du coefficient de vitesse M (n* SS,) qui correspond à la marche, doit être faible. — Nous n^avons pas constaté ce cas de recul négatif sur des bâtiments de notre flotte ', mais nous en trouvons un exemple frappant dans les résultats des essais de la Jvmna et du Northuniterkmd de la marine anglaise. Voici ces résultats:
I( Puissance sur les pistons^ 4.894*^ Vitesse. = 13*'J74
j Recul =-^ 0,084 Valeur de M. = 2,048
Puissance sur les pistons = 2.466-^ . . . Vitesse. = ll-',054
j Recul =^0,088 Valeur de M. = 9,338
( j Puissance sur les pistons = 6.621**'. . . . Vitesse. = IS'^jOôS
Norihumberland, ] \ Recul = — 0,108 Valeur de M. = 3,404
B* = l04»-« J Puissance sur les pistons = 3.557«'*. Vitesse. . . . = ll-^S*
l ( Recula— 0,188 Valeur de M. = 3,848
En présence de ces résultats, il est difficile d'admettre que le recul négatif provient de la déformation des ailes, puisque ce recul négatif est plus grand avec la moitié de la puissance qu'à toute vapeur. Les valeurs du coefficient de vitesse M sont très-faibles, et cela ne peut tenir qu'aux formes des bâtiments; il résulte de la dépression produite sur l'arrière d'abord une perte de vitesse pour le bâtiment, et en second lieu une plus grande résistance au mouvement de rotation de l'hélice, due à la masse d'eau qui se précipite contre l'étambot, résistance qui ne peut être entièrement utilisée pour la marche, car la puissance récupérée de ce fait est toujours inférieure à la cause qui l'a produite.
Il n'est pas sans intérêt de remarquer, en passant, Ténorme disproportion qui existe entre la puissance dépensée pour la vitesse de 13 à 14 nœuds par les bâtiments ci-dessus, et celle deux fois plus faible que possèdent nos bâtiments similaires pour la même vitesse.
W 65, ConsIdéFationa i^énérales sur la propulsion des
nA'Vires. — Toutes les questions qui concernent le problème de la propulsion par l'hélice sont développées au n" 146 du G' Traité. Nous y ajouterons quelques considérations extraites d'un travail récent. M. Antoinej ingénieur de la marine, dans un mémoire présenté à TAcadémie des sciences et publié en 1872, a proposé deux formules
très-simple pour résoudre le problème de la propulsion hélicoïdale. Ces formules sont été vérifiées sur un millier d'essais faits sur des bâtiments de types divers, chacun de ces essais n'étant lui-même que la moyenne de nombreux parcours effectués pendant toute une série d'expériences. Voici le résumé de ce mémoire.
Une hélice fictive de diamètre D, de pas H et de fraction de pas^= 1, se projette sur un plan perpendiculaire à Taxe suivant une surface -r— et sur un
plan parallèle à Taxe suivant une surface HD. Si cette hélice est mise en mouvement, et fait n tours par seconde, les filets liquides tendent à prendre dans le sens de Taxe une vitesse nH, et dans le sens perpendiculaire une vitesse dépendant de la distance du centre de pression à Taxe de Théliçe. En supposant
ce centre de pression à une distance-^-de Taxe de rotation , la vitesse latérale
des filets liquides est ir^nD.
Avec rhypothèse que la résistance d*une surface S qui se meut dans Teau avec une vitesse V, est représentée par Texpression KS"V", on a :
Travail do rhélice par seconde I ^vvi î^ ^»m dans le sens de l'avance ( '4
K' étant le coefficient de résistance élémentaire de Thélice.
K| étant un coefQcient qui tient compte du recul, en même temps que de Tinfluence de Pimmersion de Thélice, de Tincidence des filets liquides et des difficultés que Teau éprouve à arriver sur Thélice, suivant la fraction de pas. On peut poser
K| =-r , le coefficient K\ étant indépendant de Timmersion et le coefficient %
en tenant spécialement compte.
En désignant par a l'avance du bâtiment par tour d^hélico, on a aussi :
,n^ Travail résistant du bÂtiment ) vn*^%^% ^^^ dans une seconde | =KB*n*«-
De Tégalité des expressions (1) et (2) on tire :
On sait que le rapport *|r^ est ce que Ton nomma 4V)rdiaam la résistance relative conventionnelle (n* 146, du G* Trailé), Pour simplifier' on p6^ ^l^=p,etilgL=<p^ on a alors :
(3) a=|xH.
HELICES. — N« 55, 15
Le coefficient 3 varie avec les différents rapports du pas au diamètre qui déterminent Pinclinaison avec laquelle Thélice vient frapper Teau, ainsi qu*avec la fraction de pas et le nombre d*ailes. De Fégalité ci-dessus on tire :
et Ton a ainsi une formule qui servira à étudier les valeurs particulières de ^, Il résulte d*un grand nombre d'expériences que Ton peut poser :
expression dans laquelle les valeurs de A sont les suivantes :
A=: 2,65 pour les hélices à 6' ailes simples.
A= 2,48 — 2 ailcd doubles ou triples.
La valeur moyenne de p s'écarte peu du nombre 2; elle n'a varié au maximum, dans tous les essais analysés, que de 1,85 à 2,15, mais elle a été plus généralement comprise entre 1,95 et 2,05.
Le coefficient 7=1/ — ne peut être déterminé que si Ton connaît, au
moins d'une manière approximative, le coefficient K de résistance du bâti-
g ment. Si dans Fégalité (3), a = - x H, on remplace ^ par sa valeur ci-dessus,
on a :
MF
d'où :
Les valeurs moyennes de K, ainsi calculées pour un grand nombre de bâti ments, sont résumées par Texpression :
V étant la viteese en nœuds à Theure. Les diverses valeurs que prend i suivant Timmersion de l'hélice, et qui ont
servi pour le calcul des valeurs de K, résultent d'expériences laites par M. Rennie. Elles sont données dans le tableau suivant :
HAUTEUR
d'eau
au-dessus du
cercle extérieur
de rhélice.
VALEURS
de
HAUTEUR
d'eau
au-dessus du
cercle extérieur
de l'hélice.
VALEURS
de t.
HAUTEUR
d'etu
au-dessus du
cercle extérieur
de rhélice.
VALEURS
de
La vitesse latérale des filets liquides étant ir^nD, on a :
/c\ Travail de l'hélice par seconde ) «,,-^ ^ ... .^
(^) dans le sens de la rotation, j =^ ™ X «'*'"'^'
K' étant le coefficient de résistance de rhélice dans le sens de la rotation.
Or, le travail ci-dessus est égal au travail que Tarbre de couche transmet à rhélice, soit :
75Fw=:K'HDx«'S»n»D».
P étant la force en chevaux de 75^" sur les pistons ; u le coefficient de rendement de la machine sur Tarbre.
De là on tire :
Dv^ÏÏD*
IS Et si Ton désigne par N le nombre détours par minute, d'où n =--, il vient :
oO
^ .^ 60 J/75ÏÏ ^
v'KVoi DyliD
Pour abréger, on désigne par a le premier terme du second membre, et par 0 le dénominateur du second terme; il vient alors :
Là valeur ô = Dv^HD, est déterminée par les dimensions de Thélice. Le coefficient a = -——^ dépend du nombre d'ailes, de la fraction de pas et du diamètre. L'expérience indique qu'il est encore fonction de la vitesse du bà*
HÉLICES. — N° 55, io
timent; plus cette vitesse est grande et plus facilement Thélice tourne. La valeur de a dépend également du degré d'af finement des formes de Tarrière du bâtiment et de la facilité avec laquelle les filets liquides peuvent arriver sur rhélice. L'expérience a démontré que dans la majorité des cas on peut poser :
(8) a = 114-l,5E-15/"-2oS + I
E étant le nombre d'ailes ; f la fraction de pas totale ;
V la vitesse en nœuds à Tiieure.
Du ooefflcient de idtesse actuellement en usa§^e. — Le
travail sur les pistons nécessaire pour imprimer à un navire une vitesse demandée est fonction de quatre quantités indépendantes l'une de l'autre : la vitesse cherchée, la forme et la grandeur de la carène, l'utilisation de l'hélice et enfin Tutilisation du moteur. — Soient :
F en chevaux de 75*", le travail brut sur les pistons.
u le coefficient de rendement de la machine sur l'arbre,
tt' le coefficient de rendement de Thélice.
B* la mattresse-section immergée, en mètres carrés.
V la vitesse en nœuds à l'heure.
V = 0*^514 V, la vitesse en mètres par seconde. K le coefficient de résistance du b&timent.
On a, d'après le principe de l'égalité du travail moteur à la somme des travaux résistants :
75wwT= KBV = 0,5U»KB«V» ; d*où Ton tire :
^ hbuvJ
Avec les machines marines, il est impossible de mesurer directement M et w' ; le coefficient K ne s'obtient lui-même que par approximation. Dans ces conditions, pour juger, par voie de comparaison, jusqu'à quel point la vitesse est satisfaisante, eu égard au travail développé sur les pistons, on pose :
0,514 et l'on a :
Vd'
lô HÉLICES. — N« 55,
La quantité M prend le nom de coefficient de vitesse.
Le tableau suivant (pages 18 et 19) donne la valeur de M pour différents groupes de bâtiments. On remarque que ce coefficient augmente avec le tonnage du bâtiment et surtout avec raffinement des formes de Tarrière. Sa valeur varie entre 3,75 et 4,40; elle va rarement au-dessus de ce dernier chiffre.
C'est à l'aide de l'égalité (9) ci-dessus que l'on calcule la puiissance F nécessaire pour imprimer à un bâtiment de maltresse-section B' une vitesse V ; on a alors :
La valeur de M doit être prise égale à celle d'un bâtiment similûre autant que possible du bâtiment en projet. (Voir la note qui précède les tableaux de Y Atlas.)
L'ancien coefficient de vitesse m (n'^Uô,, du G' Traité) était employé dans la formule :
(10) V=my^g-l(p-6)-,
F* étant la force réalisée et obtenue au moyen de Tancienne formule F' = —-r^- •
Le changement de coefficient de vitesse résulte du changement dans la manière de compter la force des machines, qui s'exprimait autrefois en chevaux de 75^" sur Tarbre, tandis qu'elle s'exprime aujourd'hui en chevaux de 75^* sur les pistons.
En égalant les expressions (9) et (10) et en élevant au cube, on a:
or,
F= ^ (N- 112,duC'' TraVé);
F' =:?5!gi (N- 113, du G* Traité);
on en déduit:
Voici, d'après les calculs de M. Mangitij le coefficient par lequel il faut multi-
HÉLICES. — iV 55, 17
plier l'ancienne valeur (m) du coefficient de vitesse pour obtenir la nouvelle valeur (M) de ce coefficient.
