OBSERVATIONS GÉNÉRALES AU POINT DS VIE PRATIQUE

Pour compléter les conclusions qui précèdent, il nous reste à formuler notre opinion sur le mérite relatif de l’hélice et de la roue à aubes appliquées à la navigation maritime. Nous avons établi déjà qu’en ce qui concerne la marche en eau calme de deux bâtiments, l’un à roues et dans des conditions convenables d’immersion de pales, l’autre à hélice placé dans les conditions de résistance relative des avisos, et muni de l’hélice la plus convenable à ce système, l’utilisation des deux propulseurs était sensiblement identique, c’est-à-dire que les vitesses des bâtiments étaient lc3 mêmes pour un même travail développé sur l’arbre de la machine. Il résulte de là que si on poursuit, dans toutes les circonstances de la navigation, la comparaison entre deux avisos mus par des systèmes différents de propulsion, l’avantage de la marche à dépense égale de travail, doit rester toujours au bâtiment à hélice.

Les causes de cette supériorité ont été citées tant de fois et sont si bien appréciées des marins, que nous nous contenterons de les indiquer ici rapidement. Sans tenir compte en ce moment de l’influence du vent et de la mer, il est facile de comprendre que l’efficacité des aubes dépen-

1 Ces observations sont copiées dans le rapport de MM. Bourgois et Moll ; elles sont omises dans la traduction d'une partie du rapport qui se trouve dans l'ouvrage de M. Bonrne.

dont essentiellement du degré de leur immersion , la consommation de combustible, aussi bien que l'excès de chargement agiront sur l'action du propulseur à roues dans un sens généralement défavorable; tandis que l’hélice entièrement plongée ne subira que très-faiblement l’influence des différences d’immersion du bâtiment. Si en outre, lèvent contraire vient à fraîchir, ou la mer à se creuser, la résistance des tambours augmentera notablement la somme des résistances à vajnere. Les mouvements de roulis venant à faire émerger alternativement les aubes, en diminueront l’utilisation d’une manière très- sensible; enGn, les voiles ne pourront être employées que très-modérément sur le bâtiment à roues; tandis que le propulseur à hélice, n’émergera que faiblement de l’eau dans les plus grands coups de langage et n’aura, par sa position et par sa forme, absolument rien à redouter de l’emploi de la voilure sur la plus grande échelle.

A mesure que croîtra la valeur de la résistance relative des bâtiments que l’on comparera, la supériorité de la roue en calme et dans les circonstances qui lui sont le plus favorables, deviendra plus sensible et pourra sans doute établir une certaine compensation avec son infériorité à la mer; mais alors et surtout si on arrive à la limite extrême de celte résistance relative, en passant de suite aux vaisseaux mixtes, des considérations d'un autre ordre et bien plus graves ne permettront pas d’hésiter dans l’emploi des moyens de propulsion.

La nécessité de placer tout l'appareil â l’abri des boulets ennemis et, par conséquent, au-dessous de la flottaison, engagera naturellement à repousser les roues â aubes.

On voit donc que les résultats de nos expériences tendent à limiter l’usage de ce dernier propulseur à un petit nombre de services spéciaux qui exigent un tirant d’eau très-faible.

Un reproche banal adressé à l’hélice est la grande vitesse de rotation, que beaucoup de personnes considèrent, assez gratuitement, comme inévitable et indispensable à son bon fonctionnement. Les tableaux précédents montrent assez le peu de fondement de ces reproches et l’avantage qui peut résulter de l’emploi des pas allongés sur les avisos et les vapeurs en général , soit au point de vue de l'utilisation , soit au point do vue purement pratique. Dans ces conditions, c’est-à-dire avec un diamètre presque égal au tirant d’eau , et avec un pas égal à deux fois ou deux fois et demie le diamètre, le mouvement direct peut généralement être employé

sans qu’iî en résulte pour l’appareil moteur une accélération de vitesse nuisible à son utilisation.

La suppression des engrenages, l’établissement de tout le mécanisme au-dessous de la flottaison, en sont les heureuses conséquences, et il est à désirer que ce système prévaille à bord des avisos et des vapeurs à grande vitesse , dont le propulseur doit être construit dans les conditions les plus favorables pour la marche, sans se préoccuper du démontage, dont de nombreuses expériences démontrent l'inutilité pour cette classe de navires.

S’il fallait appuyer cette assertion sur des chiffres précis, nous dirions qu’une légère augmentation de tirant d’eau, et du diamètre du Pélican, permettrait de porter avec avantage le pas de son hélice à 8 mètres, et que CO tours de machine par minute (vitesse de rotation qui n’a rien d’exagéré pour une machine de 120 chevaux) suffiraient pour lui faire atteindre sa plus grande vitesse de sillage : si les dimensions du bâliment et de la machine étaient plus considérables, la vitesse de rotation nécessaire pour obtenir la même vitesse de sillage, diminuerait en proportion inverse. Mais l’emploi des longs pas soulève une autre objection tout aussi facile à réfuter : on leur attribue l’inconvénient d’exiger des hélices trop lourdes. Celte objection tient à ce que généralement on a exagéré la fraction de pas des hélices; mais en adoptant les proportions indiquées dans nos tableaux, par exemple une fraction de pas égale à 0,28 pour un pas de 5”;23, il eat évident que le poids de l’hélice ne sera pas aussi considérable que celui des autres propulseurs d’un faible pas, construits le plus souvent avec des fractions de pas trop considérables.

En ce qui concerne la navigation à la voile, le démontage de l’hélice par un puits supérieur, a l’inconvénient d’exiger l’emploi des hélices à deux ailes et d’une plus faible fraction de pas, deux circonstances qui tendent à augmenter les trépidations de l’arrière, les ballottements de l’arbre, et par conséquent les causes d’usure de ses coussinets.

L’expérience acquise sur un certain nombre de bâtiments, et sur le Pélican lui-même, qui louvoie parfaitement avec son hélice folle, ayant montré d’ailleurs la possibilité de remplacer sans inconvénient le démontage par le désembrayage, nous concluons à l’adoption des hélices à quatre ou six branches, à la suppression des engrenages et à l’adoption du mouvement direct pour les avisos et les vapeurs.

Nous nous abstiendrons de nous prononcer d’une manière aussi péremptoire à l’égard des bâtiments mixtes, n’étant pas en mesure

d'appuyer notre opinion sur des expériences précises; mais nous insisterons sur les inconvénients inhérents au système ordinaire de démontage.

La grosseur des façons de l'arrière et la largeur des étambols, qui accompagnent cette installation , tendent à troubler le jeu de l'organe et à diminuer notablement son efficacité. I.'emploi de l'hélice à deux ailes, qui est la conséquence de ce système, ainsi que l’adoption d'un pas raccourci et d’une faible fraction de pas, commandée à la fois par la nature même de l’hélice et par la nécessité d’en diminuer le poids, entraînent une rotation rapide, se concilient difficilement avec le mouvement direct, conduisent à l'établissement d’engrenages et rendent ainsi l'appareil plus vulnérable.

Nous pensons donc qu’il y a lieu de tenter quelques efforts et d’entreprendre au moins un essai pour s'affranchir d'une sujétion aussi fâcheuse '.

Ces citations mettront à même de former une juste appréciation des mérites du mémoire de MM. Bourgois et Moll , qui fait beaucoup d'honneur à leurs talents et à leur savoir, mais qui eût été d'une plus grande utilité, si on s'était servi du dynamomètre et si on avait adopté un mode d’investigation plus simple. Leurs recherches n'ont cependant pas épuisé le sujet, et nous avons encore à apprendre jusqu'à quel point l'immersion de l’hélice équivaut à l’accroissement de son diamètre, et quel est le changement qu'éprouve la poussée par suite de l’altération du pas. Toutefois, dans le cas d'hélices superficielles, et celles-ci comprennent les exemples qui se présentent en pratique, les expériences de MM. Bourgois et Moll nous mettent en état, avec un diamètre donné, de spécifier le meilleur pas et la meilleure longueur; que l’hélice soit composée de deux, de quatre ou de six ailes. Prenant K pour la résistance par mètre carré de la maîtresse section immergée, B' l’aire de cette section, d le diamètre de l'hélice en mètres, et p le pas de

l’hélice en mètres, on a = et d multiplié par le rapport du pas au diamètre donné dans la seconde colonne de la seconde table , à la page 118, sera égal à p. Enfin = la lonSucur de

l’hélice.

Il est utile de rendre cette question plus claire par un exemple, et je

1 Ici se termine la copie de la fin du rapport do MM. Bourgois et Moll , et recommence la traduction littérale de M. John Bourne.

prendrai le cas d’une corvclte à grande vitesse ou d'un paquebot à hélice à grande puissance. La même manière de procéder est applicable pour toute autre classe de navires, et je prendrai les dimensions en mesures françaises, quoique les unités anglaises puissent aussi être employées. En se référant à la table des proportions convenables des hélices propulsives, donnée à la page 118, on verra que la résistance relative d’une corvette à grande vitesse est K X2; ou prenant K égal à l’unité, la résistance relative se trouve égale à 2. Soit la maîtresse section immergée, ou B’, égale à 38, T2 mètres carrés, on aura

— 4,4 pour le diamètre de l’hélice en mètres. Supposant qu’on

emploie une hélice à quatre ailes, le rapport du pas au diamètre propre à l'hélice de celte sorte, lorsqu’elle est appliquée à une corvette à grande vitesse, est, d'après la table de la page I IS, 2,080; le pas convenable est donc 4,4x2,080 = 9,132 mètres. La longueur de l'hélice étant le pas multiplié par la fraction du pas et divisé par le nombre d’ailes, et la fraction convenable dn pas, pour une hélice de celle sorte, étant 0,294 d’après la table, nous avons 9,152 mètres multipliés par 0,294 et divisés par 4, qui donnent 0,672 mètre. Au moyen d’une méthode semblable il n’y aura pas de difficultés à fixer, pour telle classe et telle dimension de navires, les proportions de l’hélice qui donneront un maximum d’utilisation, que l'hélice choisie soit à deux, à quatre ou à six ailes. La principale différence que produira l’accroissement du nombre d’ailes sera de diminuer la vitesse de la machine, car un grand pas est propre à une hélice à beaucoup d’ailes, et un grand pas comporte une machine lente, afin qu’il n’y ait pas un accroissement nuisible de recul. Dans les cas où la machine est directement liée à l’hélice, et où on craint qu’elle ne se meuve avec une vitesse nuisible, il y a deux modes pour diminuer cette rapidité : l’un est l’emploi d’un engrenage , l’autre celui d’une hélice à ailes nombreuses et à grand pas. Ce dernier moyen paraît préférable , excepté dans les cas où l’hélice serait élevée dans un puits, et où il faudrait par conséquent adopter une hélice à deux ailes.

Après avoir terminé ce qui regarde le laborieux mémoire de MM. Bourgois et Moll , et avoir montré comment les résultats qu’ils ont obtenus peuvent être employés à déterminer les proportions des hélices pour d'autres navires, je me propose d’indiquer en peu de mots une manière de considérer le sujet, qui est plus simple que celle qu’ils ont

adoptée, et par laquelle les parties importantes de eette question peuvent être facilement comprises par la généralité des lecteurs. Laissant de côté, pour le moment, la question du recul, il est évident qu'une hélice pousse un navire dans l'eau de la même manière que la vis entraîne le support d’un tour, ou qu’elle avance en pénétrant dans une pièce de bois. Maintenant, comme aucune combinaison mécanique, telle qu'un corps poussé par une vis, ne gagne ni ne perd de force, excepté par le frottement, il en résulte qu'en le négligeant ainsi que le recul, la poussée sur l’arbre de l’hélice d’un navire, multipliée par l’espace parcouru dans un temps donné, serait précisément la même que celle agissant sur les pistons de la machine, multipliée par l’espace qu’ils ont parcouru dans le même temps. En d’autres mots, d'après les -conditions que nous venons de supposer, la force mesurée par le dynamomètre serait égale à la puissance de la machine, et cela serait évidemment, s’il n’y avait pas de force inutilement dépensée par le recul ou le frottement, puisque alors il n’y aurait pas d’autre manière d'employer la force produite. Si une hélice est tournée avec un certain rapport de leviers et avec une pression ou un poids donné, la quantité de poussée qu’elle exercera dépendra de la finesse de son pas; car, si ce dernier est court, l’avance par révolution sera petite, et la force sera en proportion de cette petitesse. Si nous supposons qu’il y ait un peu de recul, ainsi qu'on l'éprouve réellement, ces relations continueront d’exister; et dans les hélices propulsives ordinaires, ayant un frottement et un recul modérés, la poussée deviendra plus grande, si le pas est rendu moindre; mais la machine tournera avec d'autant plus de vitesse, et il n'en résultera aucun avantage mécanique à employer un pas très-court. Cependant, toutes les fois qu’il s’agit de surmonter un obstacle considérable avec une machine de dimensions limitées, un pas court sera le plus convenable. Par le fait, diminuer le pas de l'hélice d’un navire, est la même chose que raccourcir le diamètre des roues à aubes des anciens vapeurs. En effet, si le diamètre des roues à aubes est rendu plus petit, leur force de traction est augmentée dans le même rapport; mais le recul des aubes est aussi plus considérable, que si elles avaient conservé leurs premières dimensions, puisqu'il y a une plus grande pression exercée sur la surface des palettes. La colonne d'eau sur laquelle agit une hélice est poussée en vague à l’arrière , à cause de son manque d’inertie; et si une pression plus considérable agit sur elle, cette perturbation est augmentée. Mais si l’hélice est profondément plongée, elle devra surmonter

l'inertie de la colonne supérieure avant que la vague soit élevée, et la perte de force, par le recul et par l’action centrifuge, sera diminuée à cause du peu de mouvement de l'eau exposée à son action. En général il paraît que, dans le cas d'hélices profondément plongées ou même de toutes celles auxquelles une résistance convenable est opposée, et dont par conséquent le recul n’est pas trop grand, la poussée sur l’arbre de l’hélice variera, à peu près comme le pas, avec une pression donnée sur les pistons, ou bien, avec un pas donné, elle changera à peu près comme la pression sur les pistous. Par conséquent, avec un petit pas , il arrivera que le même effet sera produit sur la colonne d’eau sur laquelle l’hélice agit, que si on employait une grande puissance de machine. Dans le fait, la colonne d'eau sera d'autant plus relevée à l’arrière que la poussée de l'arbre de l’hélice sera plus forte, et il suit de là que les navires qui ont un petit pas ont plus fréquemment un recul négatif, en ce qu’ils sont poussés , non-seulement par l’effort de l’hélice, mais aussi par l’effet de la gravitation sur la pente causée par la vague élevée à l’arrière par l’impulsion du propulseur. Avec une pression donnée, agissant sur les pistous d'une machine, et un pas d’hélice donné, la poussée exercée par l'arbre peut être déterminée approximativement et , en effet, le frottement seul empêche cette détermination d’être exacte. Si l’espace parcouru par l'hélice , en supposant qu’elle se meuve dans un écrou solide, était double de celui parcouru par les pistons, la poussée de l’hélice serait moitié de celle exercée par les pistons. Si l'espace parcouru par l’hélice, en supposant toujours qu'elle tourne dans un écrou solide, est trois fois plus grand que celui parcouru par les pistons, la poussée de l’hélice sera un tiers de la pression exercée par les pistons, et ainsi de suite avec toutes les autres proportions. Le recul ne changera pas cette détermination, car la poussée sera la même, qu’il y en ait ou qu’il n’y en ait pas; tandis que, relativement au frottement, il n’est pas assez grand ou assez variable pour influer sensiblement sur les résultats relatifs.

A propos de ce qui regarde l’immersion de l’hélicc , je dois rapporter ici deux phénomènes relatifs à la manière d’opérer des navires à. hélice, dont les causes n’ont pas encore reçu d’explication, mais qui, je le pense, sont dus à l’immersion inégale des ailes. Le premier est l’impossibilité des navires de cette sorte de marcher en arrière sans être en même temps entraînés de côté, en dehors de la direction proposée, et cela en dépit du gouvernail; et le second l'oscillation, ou plutôt la tor-

sion éprouvée par l’arrière des navires, lorsqu'ils sout en marche. Quand un navire à vapeur commence à marcher de l’arrière, il se meut généralement avec lenteur, de sorte qu’alors le gouvernail a une petite force comparative ; et si pendant qu’il s’avance lentement dans l’eau , la machine est tout à coup renversée, l’action centrifuge de l’hélice agira contre la pesanteur de l’eau, et il peut arriver que l’eau n’entre que partiellement dans la partie supérieure du cercle décrit par les ailes, & cause de la répulsion causée par la force centrifuge. Mais vers la portion inférieure de ce cercle, où 1a pression de l’eau est plus grande et l’action centrifuge seulement la même, l'eau parviendra à s’introduire davantage et présentera, par conséquent, plus de résistance à la rotation des ailes. 11 en résultera, par conséquent, que la réaction contre les ailes de l'hélice sera moindre dans la partie supérieure du disque ou cercle décrit par les ailes, que dans la partie inférieure de ce même cercle : et, dans de telles conditions, l’hélice détournera le navire de la route désignée, de la même manière que si elle n’était plongée que jusqu’à l’axe. C’est par la même raison que quand le navire est en route, l’hélice donne un mouvement de torsion à l’arrière. Naturellement il ne peut y avoir un vide absolu dans le circuit décrit par les ailes, quand le navire fait route, et même en marchant en arrière; ce n’est que dans certains cas qu’un tel espace vide peut se présenter. Mais les ailes passeront toujours avec moins de résistance par la partie supérieure de leur tour que par l’inférieure, parce que l’eau est plus facilement remuée, là où il y a une petite pression hydrostatique en dessus. Si ces idées sont correctes, il en résultera qu’une hélice profondément immergée, fera mieux marcher en arrière que celle située près de la surface, et qu’elle donnera aussi moins de mouvement à l'arrière. Sous le rapport de ces influences perturbatrices, une hélice à trois ailes agira mieux que celle à deux, parce que l'impulsion de l’aile verticale, quand elle est à la partie inférieure du parcours , est balancée par celle des deux autres ailes, qui sont alors dans la partie supérieure du cercle décrit : en outre, les hélices à trois ailes divisent mieux que celles à deux l’accroissement momentané de poussée, qui occasionne la forme dentelée de la courbe du dynamomètre , et qui est due à l'entrée des ailes dans l’eau morte de l’arrière de l'étambot. Ces hélices se ressentent moins des mouvements de la mer, mais ces qualités seraient moins sensibles avec une profonde immersion , et, dans celte condition, les deux ailes sont probablement meilleures. Pour toutes sortes d'hélices, il est nécessaire de

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connaître, non-seulement le diamètre de la colonne d'eau exposée à son action, mais aussi la longueur sur laquelle celte action s’opère dans un temps donné, et cette longueur varie suivant le sillage du navire; car l'eau résiste à l'impulsion par son inertie, et cette inertie est proportionnelle à la masse ou à la quantité d'eau soumise à l'action du propulseur. Il en résulte doue qu'une colonne d'un petit diamètre oITrira autant de résistance, pour un navire à grande marche, que celle d’un grand diamètre pour celui d’une marche lente; puisque avec le navire rapide l’hélice agit sur une plus grande longueur de colonne dans un temps donné. Lorsqu'on applique une machine plus puissante, le recul de l’hélice sera, il est vrai, un peu augmenté, comme on l'a expliqué à la page 90 ; mais il ne le sera pas à beaucoup près autant, que si on mettait obstacle à la vitesse en augmentant la dimension ou la grosseur de forme du navire. Toutefois, en cherchant la dimension de l’hélice propre à être employée avec une machine d’une force donnée, il est convenable de connaître la vitesse avec laquelle on espère que le navire marchera, car si le type du bâtiment est tel que sa vitesse dans l'eau soit nécessairement faible, un grand diamètre est nécessaire. Ces considérations montrent évidemment combien il est important de faire les carènes des navires à hélice suffisamment aiguës et fines pour les mettre à même de traverser l’eau avec facilité. Car nonseulement il y a un désavantage commercial dans la lenteur de marche qu'entraîne une forme grossière; mais l'hélice, forcée d’agir sur une colonne d'eau moins étendue, dans un même espace de temps, doit être, soit d'un plus grand diamètre, soit plongée plus profondément ou, si ces deux conditions ne sont pas remplies, son recul sera beaucoup augmenté. En remorquant ou eu luttant contre des vents debout, le même vice se présente; car la diminution de vitesse du navire force l'hélice à n'agir que sur la même eau, et l'effet est équivalent à celui produit par une diminution de son diamètre.

L'action des voiles augmente virtuellement le diamètre de l'hélice, en faisant marcher le navire plus vite et, par conséquent, en allongeant la colonne d'eau sur laquelle le propulseur agit dans un temps donné. Dans de pareilles circonstances le recul de l’hélice sera moindre et le navire marchera d'une manière plus avantageuse sous tous les rapports. Dans les navires à roues le même effet se présente probablement, mais je ne crois pas qu'on l’ait jamais remarqué.

Avant de terminer ce chapitre, dont la longueur dépasse beaucoup

mes prévisions, je récapitulerai brièvement les résultats obtenus avec les hélices de Beattie appliquées à bord du Frankforl, navire faisant le service entre Liverpool et la Méditerranée. D'après celte disposition, l’hélice est placée derrière le gouvernail et celui-ci a un œil ovale qui joint les deux parties du safran, et & travers lequel passe l’arbre. Cette disposition corrige, dit-on, d’une manière notable, le mouvement incommode que les navires à hélice éprouvent à l’arrière et la manière dont le Frankforl se comporte est certainement très-bonne. Cependant j’attribue ces qualités supérieures plutôt aux formes remarquables du navire qu’à des particularités de l’hélice; car d’autres navires des mêmes constructeurs montrent d’aussi bons résultats, avec des hélices disposées de la manière ordinaire. Le Frankforl a été construit par MM. Reid et C‘* du port de Glascow et il avait été tracé par M. John Wood, auquel l’art de la navigation à vapeur a de si profondes obligations et que, dans leurs efforts les plus heureux, les autres constructeurs ont seulement réussi à imiter. Les données suivantes sur les dimensions du Frankforl m’ont été communiquées par M. Beattie. Longueur du navire, 58“ ; largeur, 8", 38 ; creux, 5", 02 ; tirant d’eau moyen lors des essais, 4“,17; aire de la maîtresse section immergée, 30,65 mètres carréB; déplacement 1150 tonneaux; chargement en tonneaux, 657; diamètre deB cylindres, 1“,00; longueur de la course, 0m,50; nombre de tours par minute, 47; puissance nominale, 100 chevaux; diamètre de l’hélice, 3”, 96; pas, 7“,62‘; aire du diBque de l’hélice, 11,35 mètres carres; rapport de la maîtresse section au disque de l’hélice, 2,7; vitesse de l’hélice si elle tournait dans un écrou solide, 11,5 nœuds; vitesse du navire, 9,75 nœuds; recul, 1,75 nœuds; pression moyenne sur le piston, 1*,333; puissance réelle ou mesurée par l’indicateur, 386 chevaux; rapport de la puissance nominale à la maîtresse section , 3,268; de la puissance réelle à la maîtresse Bection, 12,612; coefficients de fonctionnement, en admettant que la vitesse varie directement comme la racine cubique de la puissance et inversement comme l’aire de la maîtresse section.

3058, 35ou en se rapportant au mètre =281,12

792,3 ou eu se rapportant au mètre =71, 18.

1 Ce pas est très-grand pour une liélice à deux ailes etde 3*, 96 de diamètre. Le navire atteindrait une plus grande vitesse avec un pas moindre , mais en même temps il consommerait plus de charbon

Vitesse * X maîtresse scclion puissance nominale

Vitesse* X maîtresse section e puissance réelle

Ces résultats sont supérieurs à tous ceux obtenus sur les navires à hélice de la marine. Parmi les bâtiments de l’État le plus grand coefficient obtenu en opérant de la sorte, a été celui du Rallier qui, dans les meilleures circonstances, adonné 67G,7 (ou relativement au mètre G2, 93), tandis que nous venons de voir que celui du Frankfort est de 792,3, ou 74,18. La Fairy, a malgré sa marche rapide un faible coefficient, sans doute à cause de ses petites dimensions, et pour mettre ses résultats à même d'être comparés à ceux obtenus sur des navires plus grands, il faut allouer une quantité pour compenser la différence de grandeur comme on l’a expliqué pages 93 et 99.