DOSSIER

Le propulseur VOITH-SCHNEIDER

 

L'idée de ce système unique de propulsion et de manœuvre a été inventée par l'ingénieur autrichien Ernst Schneider en 1926. Elle a été développée et mise au point par Voith, au début des années 1950.

Le système VSP (Voith Schneider Propeller) permet à une poussée de n'importe quelle puissance d'être produite dans n'importe quelle direction, rapidement, avec précision et de façon continue.

Il combine la propulsion et la direction dans une seule unité.

 

Principe de fonctionnement

Sur un propulseur cycloïdal, un rotor circulaire affleurant le fond du bateau et tournant autour d'un axe vertical est équipé d'un certain nombre de pales axialement parallèles et à incidence variable.

Pour produire la poussée, chacune des pales du propulseur effectue un mouvement d'oscillation autour de son propre axe. Celui-ci se superpose au mouvement de rotation du rotor.

Le mouvement oscillatoire de la pale détermine l'importance de la poussée, alors que son angle d'incidence de 0° à 360° détermine sa direction.

En conséquence, une poussée identique peut être produite dans n'importe quelle direction.

 

                      

 

              

 

Principe de fonctionnement

Sur un propulseur cycloïdal, un rotor circulaire affleurant le fond du bateau et tournant autour d'un axe vertical est équipé d'un certain nombre de pales axialement parallèles et à incidence variable.

Pour produire la poussée, chacune des pales du propulseur effectue un mouvement d'oscillation autour de son propre axe. Celui-ci se superpose au mouvement de rotation du rotor.

Le mouvement oscillatoire de la pale détermine l'importance de la poussée, alors que son angle d'incidence de 0° à 360° détermine sa direction.

En conséquence, une poussée identique peut être produite dans n'importe quelle direction.

Le mouvement de va-et-vient des pales VSP est un mouvement utilisé fréquemment dans la nature pour la propulsion. Il est comparable à l'action de la queue d'un poisson ou de l'aile d'un oiseau. Ils produisent également, simultanément, une force de poussée et des forces directives.

Les animaux ayant de tels mouvements sont parfaitement adaptés à leur environnement.

Le principe de la godille est également un mouvement de va-et-vient d'un aviron transversalement à la direction de marche et fournit un effort de propulsion considérable.

Le mouvement des pales est assurée par des attelages appelés cinématiques. Les deux variables (direction et poussée) sont commandées par une cinématique hydraulique, avec un minimum d'énergie.

La considération des processus sur chaque position de pale pendant une révolution fournit l'explication la plus simple des vitesses de pales et des forces hydrodynamiques résultantes.

          

En superposant le mouvement de rotation du rotor à une ligne droite perpendiculaire à l'axe de rotation (pour représenter le mouvement du navire), la pale du propulseur suit une cycloïde (courbe décrite par un point d'un cercle qui roule sans glisser sur une droite).


Génération de la poussée

Les axes des pales sont dotés de biellettes reliées au point N.

En excentrant le point N vis-à-vis de O, les pales exécutent un mouvement d'oscillation sur leur axe.

La direction de la poussée est perpendiculaire à la droite O-N et son importance proportionnelle à la distance O-N

Ceci est valable pour toutes les positions possibles du point N.

 

 

 

Lorsque le point N se trouve au centre O du cercle, les pales conservent leur position tangentielle durant la révolution et le propulseur tourne à vide, sans poussée.

 

 

 

 

Le point N est excentré vers bâbord :

Chaque pale exécute un mouvement d'oscillation sur son axe, le bord d'attaque vers l'extérieur dans la phase AV et vers l'intérieur dans la phase AR.

L'eau est accélérée dans le cercle des pales dans la phase AV et hors du cercle des pales dans la phase AR. Il se produit un sillage vers l'arrière et comme réaction une poussée P vers l'avant : le navire est en marche avant.

 

 

Le point N est excentré vers tribord :

A l'inverse de la situation précédente, la poussée est dirigée vers l'arrière et le navire est en marche arrière.

 

 

 

 

 

Le point N est excentré vers l'avant :
La poussée est transversale sur tribord et le navire vire sur lui-même.

 

 

 

 

 

 

le point N est excentré vers bâbord et conjointement vers l'avant :
La direction de la poussée est perpendiculaire à la droite O-N et le navire vire sur bâbord.

 

 

 

 

 

Construction

Pour des raisons de construction compacte, la cinématique doit produire le mouvement angulaire correct des pales par une excentricité plus petite que celle du centre de direction. Ceci est réalisé en utilisant une cinématique de type particulier.

Les fixations de chaque biellette de mise en action des pales sont directement soutenues par l'élément sphérique inférieur de l'axe de commande, qui peut être déplacé excentriquement et qui pivote sur un palier fixé au corps du rotor.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gouvernail - Voith Cycloïdal rudder (VCR)

Le gouvernail cycloïdal à un principe de fonctionnement identique au propulseur.
Il est équipé de deux pales parallèles situées dans l'axe du navire.
Le rotor peut tourner par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse accouplé à un diesel, à une turbine à gaz ou à un moteur électrique.
La caractéristique principale du VCR est qu'il peut avoir deux modes de fonctionnement différents : passif et actif. Ces deux modes permettent des possibilités uniques de manœuvre et de propulsion d'un navire.

 

En mode passif, le rotor ne tourne pas de manière continue mais s'oriente légèrement à partir de l'axe longitudinal afin d'induire des forces de direction, tout comme un gouvernail conventionnel.
Les pales sont verrouillées.

Le mode de fonctionnement passif est identique dans le principe au gouvernail de direction d'un bateau conventionnel et est employé aux vitesses de croisière.

Un gouvernail classique est conçu pour produire des forces directives suffisantes à toutes les vitesses. N'étant utilisé en mode passif qu'à grande vitesse, la surface des pales peut être beaucoup plus petite, réduisant ainsi les pertes en traînée et les nuisances sonores.

 

En mode de fonctionnement actif, le rotor tourne en continu, de façon identique au propulseur (VSP).

La poussée est contrôlable, en direction (0-360°) comme en puissance. Une poussée identique peut être produite dans toutes les directions. Les deux variables (direction et puissance) sont commandées par une cinématique hydraulique, avec un minimum de consommation d'énergie. La propulsion principale peut être en stand-by.

Ce mode de fonctionnement est choisi à vitesse réduite, quand une manœuvrabilité élevée est nécessaire, par exemple pour des manœuvres de recherche et de sauvetage d'homme à la mer, ou pour l'accostage dans les ports.

Le VCR peut également servir de propulseur de secours en cas de panne du moteur principal.

Il peut aussi permettre de stabiliser le roulis même en mode stationnaire, contrairement à de simples ailerons-stabilisateurs, pour des opérations d'assistance (ou l'atterrissage d'hélicoptère) dans une mer agitée.

 

 

L'hélice HÜBNER-BRAUN

Directement inspirée du principe du propulseur Voith-Schneider, l'hélice Hübner-Braun est une hélice à traînée quasi nulle pour voiliers de course et de croisière.
Elle reproduit les mêmes possibilités que le VSP (avec un fonctionnement identique), soit l'orientation de la poussée sur 360°, en y ajoutant l'avantage d'être rétractable.

Constituée d'une cage à 3 ou 4 ailes verticales tournant autour d'un axe central vertical, elle peut être accouplée à des moteurs diesel (alors non-rétractable), électrique ou hydraulique.

Son utilisation sur un voilier permet, outre l'amélioration des performances sous voiles par la suppression de la traînée, des capacités de manœuvres élevées (avant, arrière, latéral, avec la même puissance).
Elle peut également être utilisée comme hélice de manœuvre et propulseur d'étrave multi-directionnel sur de grosses unités.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                         

 

 

 

 

 

 

 

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