BECUL POSITIF ET NÉGATIF DE L'HÉLICE

On se souvient qu’on entend par recul la différence entre l’espace parcouru réellement par l’hélice dans l’eau et ce que cet espace eût été, si celte même hélice s'était mue , sans que l’eau eût cédé a son impulsion. Une hélice de 10 pieds de pas (3“,05), tournant dans un écrou fixe, avancera de 10 pieds (3“,05) à chaque tour; mais cette même hélice, placée dans l’eau, n’avancera que de 9 pieds par révolution (2", 74), l'eau étant poussée en arrière de 1 pied (0“,305), parce que son inertie est moins forte que l’impulsion de la surface de l’hélice. Dans un pareil cas, on dit que le recul est de 1 pied sur 10, ou de 1 0 pour 1 00. Chaque sorte de propulseur a un pareil recul, car toute force, quelque petite quelle soit, surmonte l’inertie de l'eau jusqu’à un certain point; mais, en proportionnant l’appareil propulseur, de manière qu’il s’appuie

sur une grande surface, le mouvement rétrograde de l’eau sera diminué relativement à celui que fait le navire en allant de l’avant, ou, en d’autres termes, le recul sera réduit à peu de chose.

Un des phénomènes les plus remarquables de l'hélice est que, dans certaines circonstances, ta quantité dont elle avance en apparence à travers l'eau est non-seulement égale, mais même plus grande que celle parcourue par le navire. Dans quelques-uns des premiers voyages de l'Archimède, lorsque le navire marchait sous l’impulsion réunie de la machine et des voiles, on observa que la longueur, dont il avait avancé dans l’eau , était plus grande que celle développée dans le même temps par l’hélice. Il en fut déduit que le navire dépassait l’hélice, quoiqu’il fût clair que ce ne pouvait être, puisque, pendant ce temps, la machine était abondamment pourvue de vapeur et avait la même pression. Cependant il est évident que la machine poussait quelque chose , et que son frottement et celui de l'hélice dans l’eau ne pouvaient employer toute cette paissance. Il y avait aussi la poussée habituelle sur l'arbre de l’hélice, de sorte que, bien que celle-ci se mût plus lentement que ne l’eût fait un loch Massey (a paient lug) attaché à l’arrière, elle poussait cependant. Peu de temps après, le navire fut pourvu de différentes sortes d’hélices par M. Brunei , et il fut avéré qu’avec quelquesunes d'entre elles, le navire allait plus vite, sans l’aido des voiles, que si l’hélice avait tourné dans un écrou solide. Sur différents navires, la même action a été observée depuis; et, si le pas d’une hélice est beaucoup plus petit que son diamètre, il est très-probable que ce fait sc présente. De prime abord ce phénomène parut si paradoxal, qu’on le déclara incroyable ; mais maintenant on sait que c’est surtout une question des vitesses relatives de l'hélice, avec une colonne d'eau qui suit le navire et de cette colonne avec l’eau de la mer.

Lorsqu’un fort courant coule sous les arches d’un pont, on observe que l’eau tourne autour de l’extrémité de la pile située en aval; et si un copeau de bois est jeté à cet endroit, il n’est pas entraîné par le courant, mais reste en place, montrant que là où il est, l'eau n'a pas de mouvement. Maintenant, si nous supposons une hélice placée dans cette eau stationnaire, il est évident que tout mouvement de rotation imprimé à celte hélice occasionnera une poussée sur l’arbre : tandis que si elle était dans le courant , il faudrait , pour produire une poussée , quelle se mût plus vite que ce courant ne coule. Si nous supposons encore que la pile soit un navire, ce que nous avons dit ne sera pas

changé ; et il est facile de concevoir que l'hélice, en tournant dans cette eau tranquille, fera surmonter le courant par le navire, bien qu'elle se meuve avec une vitesse moindre que celle de ce courant lui-même, il est évident que l'hélice exercera une force de réaction sur cette eau tranquille, quelle que soit sa vitesse de rotation; mais pour qu'avec une vitesse moindre que le courant, elle pousse assez fortement pour surmonter ce courant, cela dépend des formes du navire et deB dimensions de l’hélice. Si le pas est petit et que le nombre de révolutions répondant à un sillage donné, soit grand, l'eau aura une tendance à s'aceumuler à l'arriére du navire, à cause de son adhésion aux ailes, qui se meuvent rapidement, et par conséquent elle acquerra une force centrifuge considérable. Lorsque cet effet a lieu, le navire est en partie poussé en avant, par la pression hydrostatique occasionnée par l’élévation de l’eau à l’arrière, et cette pression aide l’impulsion de l'hélice. Si par une telle disposition, un navire est amené à surmonter un courant, il sera capable de se mouvoir en eau tranquille avec des circonstances semblables. Tous les navires entraînent avec eux un courant qui répond à l’eau tranquille de la pile du pont; et si l’hélice agit dans ce courant, son recul apparent sera positif ou négatif, suivant que le recul réel ou la vitesse du courant l’emportera. Dans tous les cas, l’hélice a un recul relativement à l’eau dans laquelle elle se meut; mais si cette eau a elle-même un mouvement en avant, le résultat ne peut être semblable à celui dans de l'eau tranquille, et il devient nécessaire de tenir compte de ce mouvement en avant, aussi bien que de la marche du navire. Ainsi , supposant que le recul réel de l'hélice soit de trois milles par heure et que le courant qui suit le navire fasse trois milles, il n’y aura pas de recul apparent si la comparaison de la vitesse est faite avec l’eau libre qui entoure le bâtiment : ou bien il se présentera un recul négatif, comme on le dit, d'un mille par heure, si le courant qui suit le navire est de quatre milles à l’heure. Toute incertitude cesse donc, si nous considérons que le navire est suivi par un courant dont la vitesse peut être plus grande ou plus petite que celle exprimée par le recul de l’hélice. Ce courant est limité à l’eau la plus rapprochée du navire ; de sorte qu’un loch, soit de l’espèce ordinaire, soit dans le genre de celui de Massey, ne marquerait pas la vitesse réelle, s’il était placé trop près de l'arrière. Mais si on le mettait là où l'hélice tourne, il montrerait la vitesse avec laquelle le navire dépasse le courant, et le recul réel serait ainsi déterminé. Je pense que dans tous les navires à hélice, le recul est plus grand

qn’on ne le compte généralement, parce que tous ont un courant qui les suit et Hans lequel l’hélice se meut; et comme dans quelques cas, ce courant fait disparaître tout à fait le recul apparent, je pense qu'il le réduit toujours à une quantité moindre que le recul réel , et c'est ce dernier qu'il nous importe de déterminer. Le courant qui suit le navire ne présente aucun avantage aux navires à hélice, car pour produire ce mouvement de l’eau , il faut dépenser un grand surcroît de force ; et avec les hélices proportionnées de manière à occasionner un recul négatif, on a obtenu un plus mauvais résultat qu’avec celles avant un recul apparent de 10 à 12 pour 100.

iCTIOS CEXTHIFrCE DE Î.'HÉIICE.

La forme ordinaire de l’hélice , avec des ailes placées à angle droit de l'axe, occasionne une perte de force par la vitesse centrifuge imprimée à l’eau, même dans les cas les plus avantageux : et lorsque le navire est arrêté par des vents contraires ou par d'autres obstacles, une grande partie de la force mécanique est ainsi gaspillée inutilement. Avec de telles hélices l’eau n’est, dans aucun cas, projetée en arrière sous la forme d’un cylindre; mais elle prend celle d’un tronc de cône avec sa petite base vers l’hélice, et cela se présente même lorsqu'il y a peu de recul. Cependant si la marche trouve une résistance, l’hélice avance moins dans l’eau, ses ailes agissent comme celles d'un ventilateur centrifuge, et probablement son centre devient un espace dans lequel il n’y a pas d’eau. Il résulte de cette action que l’hélice se meut presque avec la même vitesse, que s’il n’y avait pas d’obstacle à la marche, et même qu’il n’y a pas plus de poussée sur l’arbre ; une très-grande partie de la force étant ainsi perdue par le recul. Ces défauts sont plus sensibles dans les navires à petit tirant d’eau et avec des hélices d'un petit diamètre et lorsque le navire est encore immobile et que l’hélice est en partie au-dessus de l'eau, elle se trouve couverte, dès qu’elle tourne, par le volume d’eau entraînée par la force centrifuge. On remarque aussi qu'à bord des navires petits et plats , la machine , si elle est lancée à toute volée au moment du départ, s'emporte aussitôt, si on peut s’exprimer ainsi, et projette une cascade d’eau de l’arrière, au lieu d’imiter les roues à aubes et de se mouvoir d’abord lentement, jusqu’à ce que l’inertie du bâtiment soit surmontée. Si un tel résultat ne se présentait qu'au moment de la mise en marche, il serait de peu d'importance; mais il a lieu plus ou

moins, lorsque le navire éprouve un vent contraire, et cette particularité de l’hélice la rend moins convenable que la roue à aubes , pour lutter contre le vent. Ce défaut serait corrigé dans de certaines limites en courbant les ailes vers l'arrière, de la manière proposée par le comte de Dundonald et par Hodgson, dont les projets ont été exposés. Mais cela ne le corrigerait pas entièrement, et le meilleur remède parait être de plonger plus profondément l’hélice , car je crois qu’aucun navire ne l’a suffisamment enfoncée ; il en résulte que l’eau est projetée en arrière et par côté plus vite que ses particules ne peuvent descendre par l’action de la pesanteur, pour remplir le vide produit. Le diamètre effectif ou utile de l’hélice est par conséquent beaucoup diminué, et une perte notable de force en résulte nécessairement. Il est clair que la rapidité avec laquelle l’eau se précipite dans l’espace vide , formé par la répulsion et par l’action centrifuge de l’hélice , dépend de la hauteur de la colonne au-dessus de cet espace, ou en d’autres mots du degré d'immersion; et par conséquent pour empêcher cet effet à l’arrière du navire, l’hélice doit être enfoncée dans l'eau aussi profondément que possible. Une hélice placée has vaut mieux que celle d’un grand diamètre, en ce qu’elle présente moins de surface au frottement et empêche également un trop grand recul.

On voit par ce qui précède que l’action centrifuge de l'hélice produit deux inconvénients : le premier est d’occasionner une dispersion de l’eau dans la direction du rayon , d'où il résulte que la puissance est gaspillée sans aucune compensation, et le second de réduire tellement le diamètre effectif, que la réaction nécessaire n’est obtenue qu’en tournant l’hélice avec une vitesse beaucoup plus grande, relativement à celle du navire. Une augmentation nuisible de recul est ainsi produite, et la grande vitesse du propulseur augmente son action centrifuge et ajoute à la perte éprouvée par cette cause. Pins de telles conditions je pense que la partie réellement agissante du disque de l'hélice est réduite à une sorte de demi-lune occupant la partie inférieure de ce disque. C’est là que la pression hydrostatique fait entrer l’eau dans le cercle décrit par les ailes; mais dans les autres parties, l’eau est chassée en dehors au lieu de l’être de l’arrière , comme cela devrait être. Pour tirer parti de cette puissance mal employée, on a proposé d’entourer l'hélice d’une sorte d épaulement, qui recevrait l'impulsion de l’eau en mouvement à la manière des turbines , et la force ainsi recouvrée serait utilisée en aidant à la rotation. Mais un tel appareil serait trop compliqué et occasionnerait

trop de frottement pour être utile en pratique. On a aussi eu l’idée de

renfermer l'hélice dans un tube; mais dans cette condition elle a donné des résultats moins favorables que celle en eau libre. Dans celle d’Ericsson un anneau entoure les ailes et s'oppose jusqu’à un certain point à la dispersion de l’eau suivant le rayon. Toutefois il n’empêche pas entièrement le mal, et son efficacité serait plus grande si, au lieu de les entourer, cet anneau était placé un peu à l'arrière des ailes, de manière à s’opposer à l’espèce de dispersion occasionnée dans cette direction par la combinaison du recul et de l’action centrifuge. Dans les hélices ordinaires on obtiendrait probablement de bons résultats eu courbant les ailes par côté jusqu’à une certaine limite, de manière que l’eau repoussée vers le dehors frappât sur la courbe et aidât â la révolution. Mais de tous les moyens, le meilleur est de plonger profondément l’hélice; car alors l’action centrifuge et la difficulté de l’eau à pénétrer dans le centre de l'hélice sont également corrigées. Plus l’hélice est basse , plus on donne de hauteur à la colonne que l’action centrifuge doit vaincre, et plus on empêcho la dispersion de l’eau. En même temps la pression hydrostatique d’une haute colonne pousse l’eau à entrer instantanément dans la partie vide produite au centre par l'action de l'hélice , ou du moins elle empêche ce vide de se former; de sorte que les ailes agissent toujours sur de l'eau aussi dense que celle des autres parties de la mer.

Un navire dont l'hélice est enfoncée dans l’eau, est capable de lutter contre un vent contraire, aussi bien qu’un navire à roues, parce que la vitesse de sa machine sera dans tous les cas proportionnelle à celle du navire et le recul sera presque le même , si les vents sont favorables ou contraires. Sans doute avec une hélice plongée bas , il y aura un peu d’action centrifuge causée par l’impulsion des ailes et aussi par le frottement qui y fait adhérer un peu d’eau, qui acquiert un mouvement centrifuge; mais lorsque le recul est rendu uniforme par l’emploi d'une hélice plongée bas , toute l'action centrifuge qui reste peut être , en grande partie , empêchée en donnant une forme convenable à l’hélice elle-même. Avec une quantité égale de recul il y aura aussi un mouvement centrifuge uniforme : et ce dernier peut être balancé par une quantité de mouvement centripète qui vaille au juste le premier. On obtiendrait cela en courbant légèrement en arrière les ailes, de manière que leur centre soit un peu en avant de leur extrémité. Une telle hélice donnerait aux particules d’eau une impulsion , qui les ferait converger

en on point, si aucune force contraire ne l’empêchait; mais comme elles reçoivent en même tempe une force centrifuge, elles suivront une route intermédiaire entre la convergente et la divergente , ou, en d’autres mots , elles seront projetées en arrière en une colonne cylindrique du même diamètre que l’hélice elle-même.