Hélice applicable aux propulseurs, ventilateurs, turbines, pompes et moulins à sent. La présente invention se rapporte aux roues à hélice applicable aux propulseurs, ventilateurs, turbines, pompes et moulins à vent.
On sait, d'une façon générale que, pour obtenir le rendement le plus élevé possible dans les hélices, il faut assurer une pres sion spécifique constante en tous les points de la totalité de la surface active. On peut dé finir la pression spécifique d'une hélice comme étant. le rapport entre la pousse ou la traction lors de sa rotation et sa surface ac tive.
De plus, des considérations théoriques montrent que la constance<B>de</B> la pression spé cifique détermine également la constance des vitesses axiales du courant de :()rtie. La principale difficulté rencontrée pour cbtr@ir cette constance de la pression sp,@cif idue est due aux vitesses périphéiique:; variables de l'aube ou aile en des points de rav ons dif férents et pour surmonter cette difficulté, on a déjà proposé jusqu'ici beaucoup de (:
ornki- misons pour distribuer la lai-eur ct le p;;s géométrique de l'aile ou aube sur la lo>>guenr de cette aile ou aube Par "pas géométrique du cêtë (le la sur face de l'aile ou aube soumis à la pres@ici@", que l'on désignera ci-après par l'expression "pas géométrique", il faut eittei:
dre la tance entre les filets d'une hélice ou la va leur du déplacement axial effectue', sans âlis- sement pendant une révolution par ui?c sur face inclinée par rapport. < :u plan rlc rotation.
Ce pas géométrique est donc dct#,rmmé È@ga- lement par la distance d'u- élément de la surface inclinée au centre de rotation, sa formule étant Z z J. tg 0, dans laquelle i est la distance de cet élément à l'axe du moyeu et 0 son angle d'inclinaison sur le plan de rotation.
Les procédés qui ont. ét: proposés Jus qu'ici, pour obtenir une pression spécifique constante ou une poussée ou traction cons tante le long de l'aile ou aube peuvent être divisés en cinq classes, notamment: 1. Diminuer la largeur des ailes ou au bes depuis le moyeu jusqu' < i l'extrémité, lors que le pas géométrique de la surface de l'aile ou aube est constant sur toute sa ou lorsque ce pas augmente du moyeu vers l'extrémité.
2. Employer des ailes ou aubes d'épais seur constante ou variable, leur pas géomé trique diminuant du moyeu vers l'extrémité; lorsque la largeur des ailes ou aubes est cons tante sur toute leur longueur, ou lorsque cette largeur augmente du moyeu vers l'ex trémité.
3. Employer des ailes ou aubes qui sont semblables aux ailes, d'aéroplanes modernes et dont la largeur diminue du moyen vers l'extrémité, tandis que le pas géométrique du côté de la surface de l'aile ou aube sou mis à. la. pression augmente du moyeu vers l'extrémité.
4. Employer des ailes on aubes dont les sections transversales sont construites comme les ailes d'avions modernes et dont la lar geur est constante sur toute leur longueur, la profondeur de la courbure des ailes ou au bes diminuant. du moyeu vers l'extrémité. afin de compenser la plus grande force as censionnelle des extrémités qui est due à leur vitesse périphérique plus brande.
5. Employer des ailes ou aubes dont les sections transversales ont la forme des ailes d'avions modernes et qui coopèrent avec unap- pareil de guidage construit de telle faon que les vitesses du fluide ou milieu par rap port aux ailes ou aubes en mouvement. chan gent de point en point tout le long drus ailes ou aubes.
6. On a également. proposé d'@mhloyer, pour les propulseurs marins et aériens, une aile ou aube dont les diverses sections ont une largeur et un angle d'inclinaison qui -mentent vers le moyen.
Des essais faits par les demandeurs ont montré qu'aucune des six classes de procé dés de construction ci-dessus ne tei)ait compte de toutes les condition: requises pour assu rer une pression spécifique et une vitesse axiale constantes.
Des considérations théoriques montrent que l'action de chaque partie de l'aile ou aube sur le fluide ou du fluide sur chaque partie de l'aile on aube est déterminée par les vi tesses périphériques des divers points de l'aile ou aube, par la vitesse axiale du fluide, par le pas géométrique de la surface de l'aile ou aube, par la largeur de la section transversale de l'aile ou aube, et par les ca ractéristiques de l'aile d'avion utilisées, ton tes ces valeurs étant prises pour les partie; correspondantes de l'aile ou aube.
Afin de déterminer le type d'aile ou aube, qui produit. une pression spécifique et. une vitesse axiale constantes sur la totalité de la surface active de la roue à hélice, les dem#,,,n- deurs ont essayé très complètement fluence de tous ces facteurs, indépendamment, l'un de l'autre et dans leurs diverses coin- lunaisons, sur chaque partie de diverses ai les ou aubes ayant des formes différente,
en ce qui concerne lés variations de largeur et de pas géométrique le long de l'aile or aube et en ce qui concerne les différente:; formes de sections transversales des ailes on aubes.
Lors de ces essais, on a constaté qu'il était impossible d'éviter une chute de pres sion près du moyeu, lorsque l'aile on aube quelle que fut sa largeur, avait une largeur constante et lorsque son pas béométri(lue était constant sur tonte sa longueur.
On avait. conservé Tin pas géométrique des ailes on aubes constant sur toute leur lon gueur et on avait élargi les ailes ou aubes dans le voisinage du moyeu à tel point que ces ailes ou aubes se recouvraient mutuelle- ment de façon notable, ci-. même dans ce cas, tout en employant près du moyeu des sec tions analogue., à celles des surfaces portan- tes d'avions ayant nu coefficient ascensionnel très<I>élevé,</I> on n'a pas pu obtenir une cons tance complète de la pression spécifique.
Lorsqu'on essayait la distribution des vitesses sur la surface active des ailes- ou aubes dans les roues à, hélice du type qui vient. d'être mentionné, notamment celui qui donne une pression spécifique variant d'environ 20 pour cent le long de la totalité de l'aile ou aube, on remarquait que les vitesses périphériques du fluide ne correspondaient pas aux vi tesses périphériques de l'aile ou aube.
La vi tesse périphérique du fluide différait d'une valeur presque constante de la vitesse péri- phérique de l'aile ou aube et les différences allaient en diminuant légèrement vers le moyeu.
Il en résulte que les directions des vi tesses relatives (lu fluide ne correspondent pas aux vitesses relatives déterminées par les vitesses périphériques de l'aile ou aube et par la vitesse axiale du fluide. Il est tout à, fait clair que, dans le dernier cas, les direction des vitesses relatives se trouvent sur la sur face- de l'hélice à pas géométrique constant, si on suppose que les vitesses axiales sont. ccnstantcs.
ronimc on a déterminé. par -les essais réels, que les vitesses périphérique:; vraies dit fluide sont moindres que lest vitesses de l'ai',e ou aube pour .des rayons correspon (lants et qu'elles différent d'une valeur pres que constante qui diminue légèrement vers le moyeu;
il en résulte que les vitesses vraies correspondantes se trouvent sur la surface d'hélice ayant un pas géométrique variable qui augmente graduellement de l'extrémité (le l'aïle ou aube vers le moyeu.
Lorsqu'on a essayé des ailes ou aubes ayant un pas géométrique constant, on a re marqué que les angles d'attaque étaient en réalité très petits près du moyeu. On a par conséquent aiibmenté les angles d'attaque près du moyeu à un degré tel que le recou vrement des ailes ou aubes était complète ment supprimé.
On a obtenu finalement ;des pressions spécifiques constantes et -les vi tesses axiales constantes, lorsqu'on donnait aux angle; d'attaque près (lu moyeu une v a- leur environ double ou triple de celle des an gles d'attaque au milieu de l'aile ou aube. On a. alors mesuré la différence des vitesses relatives du fluide et clé l'aile ou aube et. on a constaté que cette différence était presque constante sur toute la longueur (le l'aile ou aube.
Il en résulte par conséquent que l'aub- mentation du pas géométrique de l'aile ou aube vers le moyeu est déterminée par l'aug mentation du pas géométrique des vitesses re latives et clés angles d'attaque vers le moyeu.
Lors d'essais, on a obtenu une augmenta- tion considérable du rendement avec une hé lice construite suivant l'invention par rap port au meilleur type actuellement employé, non seulement dans le cas :de propulseurs aériens, mais aussi .dans le cas -le propul seurs marins, de moulins à vent et de pompes à eau.
Dans le cas de ventilateurs à hélice con.s;- truits suivant les principes mentionnés ci dessus, on a obtenu un rendement allant jusqu'à 85 contre un rendement de 35 9ô qui a été considéré jusqu'ici comme la plus haute limite pour des ventilateurs à hélice sans appareil de guidage.
En construisant une roue à hélice suivant la présente invention, on assiii,e une pression spécifique et une vitesse axiale, du fluide constantes le long (le la tot@ilité.clé la. surface active -le l'aile ou aube. même pour des con ditions variables de cliari;
e et (le vitesse, quelle que soit la forme de la section trans versale clé l'aile ou aube, soit en forme d'aile d'avion ou non, et quel que soit le rap port entre les rayons dti moj-eu et de l'hé lice que l'on désignera ci-après par l'expres sion "rapport du moyeu".
Avec des hélices construites suivant l'in vention, on évite toits les tourbillons (f, long clé l'aile ou aube, ainsi que les fuites de fluide prés chi moyeu, ce dni rend la roue à hélice très efficace pour tous les lisages.
Suivant la présente invention, la largeur (les ailes ou aubes augmente depuis environ le milieu de l'aile jusqu'au moyeu et le pas géométrique de la surface clé l'aile ou aube (lu côté où s'exerce la pression augmente aussi graduellement depuis environ le inilie.u de l'aile jusqu'au moyeu. de tille sorte que la largeur et ledit pa:
géométrique sont inaxiniuin pour les sections transversales (les parties des ailes ou aubes se trouvant sur le moyeu lui-même. Oü voit clone que, pour que le pas géonié trique augmente vers le moyeu, il faut que la tangente de l'angle d'inclinaison augmente plus rapidement que le rayon ne diminue. Dans la région (les vitesses périphériques li-s plus faibPs de l'aile ou aube,
le flui.dc se trouve ainsi sous l'influence combinée de l'a.ugnientation de la largeur et du pas géo métrique, et les essais ont montré que cette influence est prédominante vis-à-vis de fac teurs tels que la profondeur de la courbure et les coefficients ascensionnel et de dérive des profils d'ailes d'avion employés.
Dans le cas d'hélices en général, y compris les ventilateurs, la largeur et le pas géomé trique, soit 3 z 7. 0, du côté de l'aile ou aube soumis à la pression, augmentent graduelle ment depuis à peu près le milieu de l'aile ou aube jusqu'au moyeu, de telle façon que la, largeur et le pas géométrique ont leur valeur maximum pour la section transversale de l'aile ou aube se trouvant sur le moyeu lui-même, tandis que le pas géométrique est constant ou bien augmente graduellement de puis à peu près le milieu de l'aile ou aube ,jusqu'à l'extrémité,
(le sorte que le pas géo- métrique a une valeur minimum à. peu près au niilicu de la longueur active de l'aile on subi,. On peut donner à l'aile ou aube une largeur constante depuis à peu près le milieu jusqu'à l'extrémité, mais, dans ce cas, le pas ..;-éoniétriqtie de l'aile ou aube doit diminuer considérablement afin de contrarier l'effet produit sur les extrémités par l'augmentation (les vitesses axiales du fluide.
Une diminution excessive du pas gé0nié- 1 rique depuis le milieu de l'aile ou aube jus- rju'à l'extrémité produit un angle d'attaque faible. Pour éviter cet inconvénient., on em- ploïe de préférence des ailes ou aubes dont la lar;
@cur diminue -raduellemeiit mais nota- blenient depuis leur milieu jusqu'ii leur ex- tréinité, le pas géométrique de l'aile ou atih;: devenant ainsi contant ou augmentant dans cette partie de l'aile ou aube.
Le choix r111 type de courbes de pas géo métrique que l'on peut employer dépend des conditions dans lesquelles l'hélice peut avoir à travailler.
Dans les ventilateurs tournant à faible vitesse, on peut employer une courbe de pas géométrique qui diminue graduellement du moyeu à l'extrémité.
Dans les hélices tournant rapidement, on emploie de préférence un type de courbe de pas qui diminue graduellement. depuis le moyeu jusqu'au milieu de l'aile ou aube et qui reste alors constant depuis le milieu jus qu'à l'extrémité, tandis que dans les hélices tournant très rapidement, un second type -de courbe de pas convient mieux, notamment un type qui diminue graduellement depuis le moyeu jusqu'à peu près au milieu de l'aile on aube et qui augmente graduellement de puis le milieu jusqu'à l'extrémité.
L'aile ou aube, suivant l'invention, pré sente un inconvénient de construction dans le cas d'hélices tournant. lentement., ou d'hé lices travaillant sous une grande différence de pression, ou particulièrement dans le cas d'hélices à faible "rapport de moyeu", en tint que la longueur axiale du moyeu .devient excessive et par conséquent impraticable.
Si l'on admet que la, largeur de l'aile on aube est fl d que l'angle (l'inclinaison de l'ail(, ou aube sur le plan de rotation est 0, 1;1 longueur axiale du moyeu est alors égale ou un peu plus grande que fl sin 0, si les va leurs de fl et 0 sont prises pour la section transversale adjacente au moyeu.
On peut cependant surmonter facilement cet inconvénient en doublant le nombre des ai les ou aubes, ce qui réduit la, longueur axiale du moyeu d'environ la moitié. Comme dans ce cas, cependant. les ailes ou aubes peuvent devenir trop étroites à leurs extrémités, il est préférable d'employer des hélices avec des ailes ou aubes<B>(fi,</B> longueurs différentes dis posées alternativement, ce qui présente l'a- vaiitagi; de réduire davantage le poids de l'hélice.
On observe pour la construction des ailes ou aubes la règle que la somme des largeurs des ailes longues et courtes à l'intérieur du cercle passant par les extrémités -des ailes ou aubes courtes augmente graduellement de puis ce cercle vers le moyeu, où cette somme a, une valeur maximum.
On a déjà construit divers types de pro pulseurs aériens et marins à ailes ou aubes courtes et longues disposées alternativement dans le but de vaincre la résistance -due au sillage dans l'eau ou dans l'air, mais, dans toutes ces constructions, la largeur totale des surfaces d'ailes ou aubes a sa valeur maxi mum, non pas .au moyeu comme pour l'in vention, mais en d'autres points de la lon gueur -de l'aile ou aube.
Dans les hélices à ailes ou aubes longues et courtes disposées alternativement, non seu lement la somme .des largeurs des surfaces d'aile ou d'aube augmente comme il a été in diqué ci-desslrs, mais le pas géométrique de l'aile ou aube augmente aussi graduellement depuis à. peu près le milieu des longues ailes ou aubes ou depuis le cercle passant par les extrémités ses ailes ou aubes courtes vers le moyeu, soit pour toutes les ailes ou aubes, soit pour un groupe de ces ailes ou aubes, les longues ou les courtes.
La largeur totale des surfaces d'aile ou d'aube peut être distribuée entre les ailes ou aubes longues et courtes ,de 'beaucoup de fa çons différentes, suivant lés exigences de construction.
Dn se reportant aux dessins annexés, qui représentent, à titre d'exemple, deux formes d'exécution -de l'objet de l'invention: La fi-. 1 est un schéma montrant la re lation entre la constance de la vitesse axiale ,du fluide et les différences de vitesses rela tives du fluide et de l'aile ou aube,, ces diffé rences étant à peu près constantes dans le cas d'un grand ,.rapport du moyeu" et dimi nuant vers le moyeu dans le cas d'un petit >,rapport chi moyeu".
La fi,,. 2 est un schéma montrant la va riation de largeur et de pas géométrique le long de l'aile ou aube d'une hélice ayant des ailes ou aubes d'une seule et même longueur; La fig. 3 est un schéma montrant la va riation de largeur et de pas géométrique le long de l'aile ou aube d'une hélice ayant des ailes ou aubes longues et courtes; r;a <B>fi,,,.</B> -1 est une élévation latérale avec coupes d'une aile ou aube d'une hélice ayant des ailes #nu aubes d'une seule et même lon- ;lieur;
La fig. 5 est une vue en plan d'une hélice ant des ailes ou aubes comme celle repré- , -iy sentée à la fig. 4; La fig. 6 est une élévation latérale d'ai les ou aubes d'une hélice à ailes ou aubes de longueurs flifférentes; La fi-. 7 est une vue en plan -du propul seur à hélice ayant des ailes ou aubes comrno, celles représentées ià la<B>fi-. 6.</B>
Dans les schémas des fig. 1, 2 et 3, ],,s valeurs le long de l'axe horizontal indiquent en pourcentage de la, longueur totale de l'aile ou aube, les distances des diverses sections transversales 41e l'aile ou aube à l'axe du moyeu.
r1 la fig. I, n-_4 est proportionnel à la vitesse axiale du fluide, laquelle est cons tante le long de l'aile ou aube.
Les vitesses périphériques -de l'aile ou aube sont proportionnelles aux rayons corres pondants et sont indiquées par les valeurs 20, 40, 60, 80 et<B>100</B> sur l'axe horizontal. Les directions des vitesses périphériques de l'aile ou aube sont tangentes aux circonférences de rotation. Les lignes pointillées inclinées montrent les directions ,des vitesses relatives du fluide aux -divers points de l'aile ou aube, et la ligne<I>0-A</I> est proportionnelle au pas géo métrique constant des vitesses relatives du fluide par rapport à l'aile ou aube.
<B>OR</B> est une différence constante entre les vitesses périphériques de l'aile ou aube et du fluide, qu'on suppose constante pour la sim plicité. Donc B-20, B---40, B-60, B-80 et B-100 représentent les vitesses périphé-. riques du fluide, et les lignes pleines incli nées sont les directions des vitesses relatives du fluide, et leurs prolongements jusqu'à l'axe 0t1 donnent les lignes qui sont propor tionnelles au pas géométrique des vitesses re latives du fluide.
Si l'on désigne par a les angles entre les directions des vitesses relatives .du fluide et le plan de rotation, par ,8 les angles d'attaque et par O les angles d'inclinaison ,de l'aile ou aube sur le plan de rotation, on a a -f- = O, et par conséquent les directions d'inclinaison de l'aile ou aube qui sont indiquées par des traita interrompus à la fig. 1.
La courbe 1 représente les variations du pas géométrique des vitesses relatives du fluide le long de l'aile ou aube, et la courbe 2 montre les variations du pas géométrique de la surface de l'aile ou aube elle-même.
Dans ce cas, la courbe du pas géométri que a une valeur minimum a, peu près au mi lieu de la longueur active de faible ou aube et augmente vers l'extrémité et vers le moyeu.
A la fig. 2, les courbes 3 et 4 représen tent respectivement la distribution de la lar reur et du pas géométrique le long des ailes ou aubes représentées à la fig. 4 et,de la roue à hélice de la fig. 5. Dans ce cas particu lier, la largeur varie le long de l'aile ou aube suivant une loi représentée par une ligne droite, lorsqn(> le pas géométrique est cons tant sur la partie de l'aile ou aube adjacente à l'extrémité et augmente graduellement du milieu vers le moyeu.
Dans la fig. 3, 5 et 6 donnent des cour bes représent:int respectivement la distribu tion de la largeur et du pas géométrique le long de l'aile ou aube d'une hélice munie d'ailes o-u aubes de longueurs différentes, comme le montrent les fig. 6 et 7. Dans ce cas, la courbe 5 représente la. somme des lar geurs des aile; ou aubes lonnues et courtes. La courbe 6, qui représente le pas géométri que, lequel est la même pour les deux ailes ou aubes, c'est-à-dire pour les longues et pour les courtes, est semblable à la courbe 4 re présentée à la. fig. 2.
Il est entendu, ce pendant, que le pas géométrique pourrait aussi varier comme l'indique la coure 2 â la fig. 1 ou diminuer graduellement vers l'ex- t rém ité.
En se reportant à la fig. 4, les lignes 7 et 8 représentent en élévation latérale res pectivement les arêtes avant et arrière di, l'aile ou aube. Le contour 9 du moyeu peut. affecter différentes formes. Les sections transversales 10 de l'aile ou aube sont repré sentés dans le plan du dessin. I1 sont les tan gentes au côté de l'aile ou aube soumis à la pression, ces tangentes étant. inclinées d'un angle 0 par rapport au plan de rotation.
Ces tangentes coupent l'axe à des hau teurs indiquées par les lignes<I>CD, CE, CF,</I> qui sont proportionnelles au pas géométrique de la section transversale correspondante de l'aile ou aube. On voit aisément que ces hau teurs augmentent vers le moyeu et qu'en même temps la largeur de l'aile ou aube aug mente également.
d la fi-. 5, les lignes 12 et, 13 sont les arêtes avant et arrière de l'aile ou aube en vue en plan.
En se reportant a,ux fig. 6 et 7, les Di gnes 14 et 15 sont respectivement les arê tes avant et arrière de l'aile ou aube longue en élévation, et les lignes 17 et 18 sont res pectivement. les arêtes avant et arrière<B>de</B> l'aile ou aube courte également en élévation. Les lignes 20, ?1, 22 et 23 sont respective ment les arêtes mentionnées ci-dessus et vues en plan.
L'augmentation du pas géométrique vers le moyeu est représentée à la fig. 6 par les tangentes 19.
Dans ce cas, l'aile ou aube longue et l'aile ou' aube courte ont le même pas g6ométri- que pour des rayons correspondants, mais il est entendu que la distribution du pas géométrique dépend entièrement de la distri bution de la charge entre les ailes ou aubes longues et courtes, que l'on peut effectuer de beaucoup (le façons différentes.
Propeller applicable to thrusters, fans, turbines, pumps and sent mills. The present invention relates to propeller wheels applicable to thrusters, fans, turbines, pumps and windmills.
It is generally known that, in order to obtain the highest possible efficiency in the propellers, it is necessary to ensure a constant specific pressure at all points of the totality of the active surface. We can define the specific pressure of a propeller as being. the ratio between the push or pull during its rotation and its active surface.
In addition, theoretical considerations show that the constancy <B> of </B> the specific pressure also determines the constancy of the axial velocities of the current of :() rtie. The main difficulty encountered in cbtr @ ir this constancy of the pressure sp, @ cif idue is due to the peripheral speeds :; vane or wing variables at dif ferent rav on points and to overcome this difficulty, many (:
ornki- misons to distribute the lai-eur ct the p ;; s geometrical of the wing or vane on the lo >> guenr of this wing or vane By "geometric pitch of the cêtë (the la on the face of the wing or vane submitted to the pres @ here @ ", which will be designated hereafter by the expression" geometric pitch ", it is necessary eittei:
The strength between the threads of a helix or the value of the axial displacement effected without sagging during one revolution by ui? c on a face inclined relative. <: u plan rlc rotation.
This geometrical pitch is therefore dct #, rmmé È @ also by the distance of an element from the inclined surface at the center of rotation, its formula being Z z J. tg 0, in which i is the distance of this element to the axis of the hub and 0 its angle of inclination on the plane of rotation.
The processes that have. Et: proposed So far, to obtain a constant specific pressure or a constant thrust or pull along the wing or vane can be divided into five classes, namely: 1. Decrease the width of the wings or to the bes from the hub until the end, when the geometric pitch of the surface of the wing or blade is constant over its entire or when this pitch increases from the hub towards the end.
2. Use wings or vanes of constant or variable thickness, their geometric pitch decreasing from the hub towards the end; when the width of the wings or vanes is constant over their entire length, or when this width increases from the hub towards the end.
3. Employ wings or vanes which are similar to the wings of modern airplanes and whose width decreases from the middle to the end, while the geometric pitch of the side of the surface of the wing or vane is set to. the. pressure increases from the hub towards the end.
4. Use bladed wings, the cross sections of which are constructed like the wings of modern airplanes and the width of which is constant throughout their length, the depth of the wing curvature or less. from the hub to the end. in order to compensate for the greater asensal force of the extremities which is due to their higher peripheral speed.
5. Use wings or vanes whose cross sections are shaped like the wings of modern airplanes and which cooperate with a guiding device so constructed that the velocities of the fluid or medium relative to the moving wings or vanes. change from point to point all the way down the wings or blades.
6. We also have. proposed by @ mhloyer, for marine and air thrusters, a wing or blade whose various sections have a width and an angle of inclination which -ment towards the medium.
Tests made by the applicants have shown that none of the above six classes of construction process meets all of the conditions required to ensure a constant specific pressure and axial velocity.
Theoretical considerations show that the action of each part of the wing or blade on the fluid or of the fluid on each part of the wing or blade is determined by the peripheral speeds of the various points of the wing or blade, by the axial speed of the fluid, by the geometric pitch of the surface of the wing or vane, by the width of the cross section of the wing or vane, and by the characteristics of the aircraft wing used, your these values being taken for the parts; corresponding wing or vane.
In order to determine the type of wing or vane, which produces. a specific pressure and. constant axial speed over the entire active surface of the propeller wheel, the dem # ,,, n- dors have tested very completely fluence of all these factors, independently of each other and in their various corners - lunations, on each part of various blades or blades having different shapes,
with regard to the variations in width and geometric pitch along the wing or blade and with regard to the different :; cross-sectional shapes of the wings or blades.
During these tests, it was found that it was impossible to avoid a drop in pressure near the hub, when the wing was blade, whatever its width, had a constant width and when its beometric pitch (read was constant). over its length.
Had. kept the geometrical pitch of the wings or vanes constant over their entire length and the wings or vanes had been widened in the vicinity of the hub to such an extent that these wings or vanes overlapped each other in a notable manner, here. even in this case, while employing near the hub of similar sections, to those of the bearing surfaces of airplanes having a very <I> high climb coefficient, </I> it was not possible to obtain a cons full strength of the specific pressure.
When we tried the distribution of speeds on the active surface of the wings- or vanes in the propeller wheels of the following type. to be mentioned, in particular that which gives a specific pressure varying by approximately 20 percent along the entire wing or vane, it was noted that the peripheral speeds of the fluid did not correspond to the peripheral speeds of the wing. or dawn.
The peripheral speed of the fluid differed by an almost constant value from the peripheral speed of the wing or vane, and the differences decreased slightly towards the hub.
It follows that the directions of the relative velocities (the fluid do not correspond to the relative velocities determined by the peripheral velocities of the wing or vane and by the axial velocity of the fluid. It is quite clear that in the latter In this case, the directions of the relative velocities lie on the surface of the constant geometric pitch propeller, assuming that the axial velocities are constant.
ronimc we have determined. by -the real tests, that the peripheral speeds :; true said fluid are less than the speeds of the air, e or vane for the corresponding spokes (lants and that they differ by an almost constant value which decreases slightly towards the hub;
as a result, the corresponding true speeds are on the propeller surface having a variable geometric pitch which gradually increases from the end (the wing or vane to the hub.
When we tried wings or vanes having a constant geometric pitch, we noticed that the angles of attack were in fact very small near the hub. The angles of attack near the hub were therefore alleviated to such an extent that the overlap of the wings or vanes was completely eliminated.
We finally obtained: constant specific pressures and constant axial speeds, when the angles were given; of attack near (the hub a value approximately double or triple that of the angles of attack in the middle of the wing or vane. We then measured the difference of the relative velocities of the fluid and key the wing or vane and it was found that this difference was almost constant over the entire length (the wing or vane.
It follows therefore that the increase in the geometric pitch of the wing or vane towards the hub is determined by the increase in the geometric pitch of the relative speeds and key angles of attack towards the hub.
In tests, a considerable increase in efficiency has been obtained with a propeller constructed according to the invention over the best type presently employed, not only in the case of air thrusters, but also in the case of - marine propellers, windmills and water pumps.
In the case of propeller fans constructed according to the principles mentioned above, an efficiency of up to 85 has been obtained against an efficiency of 35% which has hitherto been considered as the highest limit for propeller fans without guiding device.
In constructing a propeller wheel in accordance with the present invention, a specific pressure and axial velocity of the fluid is assumed to be constant along the active surface area - the wing or vane, even for. variable conditions of cliari;
e and (the speed, whatever the shape of the key transverse section of the wing or blade, either in the shape of an airplane wing or not, and whatever the ratio between the radii dti moj-eu and of the propeller which will be designated hereinafter by the expression "hub ratio".
With propellers constructed according to the invention, vortex roofs are avoided (f, long wrench for the wing or blade, as well as fluid leaks near the hub, this dni makes the propeller wheel very effective for all readings.
According to the present invention, the width (the wings or blades increases from about the middle of the wing to the hub and the geometric pitch of the key surface of the wing or blade (the side where the pressure is exerted also gradually increases). from approximately the inilie.u of the wing to the hub.of the wing so that the width and said pa:
geometric are inaxiniuin for the cross sections (the parts of the wings or vanes lying on the hub itself. We see clone that, for the geometric pitch to increase towards the hub, it is necessary that the tangent of the angle of inclination increases faster than the radius decreases.In the region (the lower peripheral speeds of the wing or vane,
the flui.dc is thus under the combined influence of the increase in width and of the geometrical pitch, and tests have shown that this influence is predominant with respect to factors such as the depth of the curvature and the climb and drift coefficients of the airplane wing profiles used.
In the case of propellers in general, including fans, the width and geometric pitch, i.e. 3 z 7. 0, on the side of the wing or vane under pressure, gradually increase from about the middle of the wing or vane up to the hub, so that the width and geometric pitch have their maximum value for the cross section of the wing or vane lying on the hub itself, while the pitch geometric is constant or increases gradually from then about the middle of the wing or vane, to the tip,
(so that the geometric pitch has a minimum value at approximately the niilicu of the active length of the wing undergone. We can give the wing or blade a constant width from approximately the middle to 'at the end, but, in this case, the pitch ..; - eoniétriqtie of the wing or vane must decrease considerably in order to counteract the effect produced on the ends by the increase (the axial speeds of the fluid.
An excessive decrease in the general pitch from the middle of the wing or vane to the tip produces a low angle of attack. To avoid this drawback, it is preferable to employ wings or vanes, of which the lar;
@cur decreases -raduellemeiit but noticeable from their middle to their ex- treinity, the geometric pitch of the wing or atih ;: thus becoming constant or increasing in this part of the wing or vane.
The choice of r111 type of geometric pitch curves that can be used depends on the conditions in which the propeller may have to work.
In low speed fans, a geometric pitch curve can be used which gradually decreases from hub to tip.
In rapidly rotating propellers, a gradually decreasing type of pitch curve is preferably employed. from the hub to the middle of the wing or vane and which then remains constant from the middle to the end, while in propellers rotating very quickly, a second type of pitch curve is more suitable, in particular a type which gradually decreases from the hub to about the middle of the wing or blade and which gradually increases from then the middle to the tip.
The wing or blade, according to the invention, has a construction drawback in the case of rotating propellers. slowly., or propellers operating under a large pressure differential, or especially in the case of low "hub ratio" propellers, held that the axial length of the hub becomes excessive and therefore impractical.
If we admit that the, width of the wing on vane is fl d that the angle (the inclination of the wing (, or vane on the plane of rotation is 0, 1; 1 axial length of the hub is then equal to or somewhat greater than fl sin 0, if the values of fl and 0 are taken for the cross section adjacent to the hub.
This drawback can, however, be easily overcome by doubling the number of als or vanes, which reduces the axial length of the hub by about half. As in this case, however. the wings or vanes may become too narrow at their ends, it is preferable to use propellers with <B> (fi, </B> different lengths wings or vanes arranged alternately, which presents the avaiitagi; further reduce the propeller weight.
We observe for the construction of the wings or blades the rule that the sum of the widths of the long and short wings inside the circle passing through the ends of the short wings or blades gradually increases from then this circle towards the hub, where this sum a, a maximum value.
We have already built various types of aerial and marine propellers with short and long wings or blades arranged alternately in order to overcome the resistance due to the wake in water or in the air, but, in all these constructions, the total width of the surfaces of the wings or blades at its maximum value, not at the hub as for the invention, but at other points of the length of the wing or blade.
In propellers with long and short wings or vanes arranged alternately, not only the sum of the widths of the wing or vane surfaces increases as indicated above, but the geometric pitch of the wing or dawn also gradually increases from to. about the middle of the long wings or blades or from the circle passing through the ends of its wings or short blades towards the hub, either for all the wings or blades, or for a group of these wings or blades, the long or the short.
The total width of the wing or blade surfaces can be distributed between the long and short wings or blades, in many different ways, depending on construction requirements.
Dn referring to the accompanying drawings, which show, by way of example, two embodiments of the object of the invention: The fi-. 1 is a diagram showing the relation between the constancy of the axial velocity of the fluid and the relative velocity differences of the fluid and of the wing or blade, these differences being approximately constant in the case of a large,. hub ratio "and decreasing towards the hub in the case of a small>, chi hub ratio".
The fi ,,. 2 is a diagram showing the variation in width and geometric pitch along the wing or blade of a propeller having wings or blades of one and the same length; Fig. 3 is a diagram showing the variation in width and geometric pitch along the wing or blade of a propeller having long and short wings or blades; r; a <B> fi ,,,. </B> -1 is a side elevation with sections of a wing or blade of a propeller having wings #nu blades of one and the same length;
Fig. 5 is a plan view of a propeller ant wings or vanes like that shown in FIG. 4; Fig. 6 is a side elevation of the wings or blades of a propeller with wings or blades of different lengths; The fi-. 7 is a plan view of the propeller thruster having wings or vanes comrno, those shown at <B> fi-. 6. </B>
In the diagrams of fig. 1, 2 and 3,] ,, s values along the horizontal axis indicate as a percentage of the, total length of the wing or vane, the distances of the various cross sections 41st the wing or vane to the axis of the hub.
r1 in fig. I, n-_4 is proportional to the axial velocity of the fluid, which is constant along the wing or vane.
The peripheral speeds of the wing or vane are proportional to the corresponding radii and are indicated by the values 20, 40, 60, 80 and <B> 100 </B> on the horizontal axis. The directions of the peripheral speeds of the wing or vane are tangent to the circumferences of rotation. The slanted dotted lines show the directions, of the relative velocities of the fluid at the various points of the wing or vane, and the line <I> 0-A </I> is proportional to the constant geometrical pitch of the relative velocities of the fluid by compared to the wing or vane.
<B> OR </B> is a constant difference between the peripheral speeds of the wing or vane and of the fluid, which is assumed to be constant for simplicity. So B-20, B --- 40, B-60, B-80 and B-100 represent the peripheral speeds. riques of the fluid, and the inclined solid lines are the directions of the relative velocities of the fluid, and their extensions to the axis 0t1 give the lines which are proportional to the geometric pitch of the relative velocities of the fluid.
If we denote by a the angles between the directions of the relative velocities of the fluid and the plane of rotation, by, 8 the angles of attack and by O the angles of inclination, of the wing or blade on the plane of rotation, we have aa -f- = 0, and consequently the directions of inclination of the wing or vane which are indicated by lines interrupted in fig. 1.
Curve 1 represents the variations in the geometric pitch of the relative velocities of the fluid along the wing or vane, and curve 2 shows the variations in the geometric pitch of the surface of the wing or vane itself.
In this case, the geometrical pitch curve that has a minimum value a, approximately at midpoint instead of the active length of the weak or vane and increases towards the end and towards the hub.
In fig. 2, curves 3 and 4 represent respectively the distribution of the width and of the geometric pitch along the wings or blades shown in FIG. 4 and of the propeller wheel of FIG. 5. In this particular case, the width varies along the wing or blade according to a law represented by a straight line, when (> the geometric pitch is constant on the part of the wing or blade adjacent to the end and gradually increases from the middle to the hub.
In fig. 3, 5 and 6 give curves represented: int respectively the distribution of the width and of the geometric pitch along the wing or blade of a propeller provided with wings or blades of different lengths, as shown in figs. . 6 and 7. In this case, curve 5 represents the. sum of wing widths; or long and short blades. The curve 6, which represents the geometrical pitch, which is the same for the two wings or blades, that is to say for the long ones and for the short ones, is similar to the curve 4 re presented in the. fig. 2.
It is understood, however, that the geometric pitch could also vary as indicated by run 2 in fig. 1 or gradually decrease towards the end.
Referring to fig. 4, lines 7 and 8 represent in side elevation respectively the front and rear edges of the wing or blade. The outline 9 of the hub can. affect different shapes. The cross sections 10 of the wing or blade are shown in the plane of the drawing. They are the tangents to the side of the wing or vane subjected to pressure, these tangents being. inclined at an angle 0 with respect to the plane of rotation.
These tangents intersect the axis at heights indicated by the lines <I> CD, CE, CF, </I> which are proportional to the geometric pitch of the corresponding cross section of the wing or blade. It is easy to see that these heights increase towards the hub and that at the same time the width of the wing or blade also increases.
d the fi-. 5, lines 12 and, 13 are the front and rear edges of the wing or vane in plan view.
Referring to fig. 6 and 7, the Figures 14 and 15 are respectively the front and rear edges of the wing or long blade in elevation, and the lines 17 and 18 are respectively. the front and rear edges <B> of </B> the short wing or blade also in elevation. The lines 20,? 1, 22 and 23 are the above-mentioned ridges and plan views, respectively.
The increase in the geometric pitch towards the hub is shown in fig. 6 by tangents 19.
In this case, the long wing or blade and the short wing or blade have the same geometric pitch for corresponding radii, but it is understood that the geometric pitch distribution depends entirely on the distribution of the load between. the long and short wings or vanes, which can be done in many ways (the different ways.