L'invention concerne également un aérogénéra- teur comprenant deux à quatre rotors montés sur un support en V pivotant, de la manière décrite dans le document EP-A-0 761 964.

Etat de la technique A ce jour, l'amélioration de la compétitivité de 1'exploitation de l'énergie éolienne nécessite un abaissement des coûts et donc une simplification des mécanismes utilisés. On connaît par exemple les alter- nateurs multiples sans engrenages de la société allemande ENERCON, qui simplifient beaucoup les aérogé- nérateurs.

Il est possible également, en adoptant le concept du birotor, décrit dans le document EP-A- 0 761 964, de simplifier et d'alléger les rotors en supprimant les mécanismes de pas variable.

Il existe des moyens d'éviter l'emballement d'un rotor à pas fixe et à pales creuses.

L'un des moyens connus, décrit dans le document FR-A-2 574 113, consiste à utiliser des pales biplanes, ce qui augmente leur résistance aux efforts de flexion et de torsion. Ce type de rotor à pales biplanes pré- sente également l'avantage d'avoir une meilleure finesse à surface égale, par rapport à un rotor à pales

monoplanes usuelles. Un tel rotor à pales biplanes pos- sède donc une vitesse spécifique élevée.

Cependant, dans le document FR-A-2 574 113 le problème de la liaison des deux parties planes n'a pas été entièrement résolu. D'autre part, les liaisons entre les parties planes provoquent des traînées para- sites néfastes. Il a été proposé de percer les pièces de liaison profilées pour permettre la libre circula- tion des écoulements d'intrados et d'extrados. Toute- fois, ces perforations affaiblissent encore les liai- sons.

Un autre moyen connu pour combattre l'emballe- ment éventuel d'un rotor à pas fixe consiste à provo- quer une circulation d'air centrifuge à l'intérieur de pales creuses. Cette technique est décrite dans le document FR-A-1 085 771.

Exposé de l'invention L'invention est principalement destinée à amé- liorer la fabrication et les caractéristiques mécani- ques des rotors à pales multiplanes, notamment afin de permettre la fabrication économique des rotors contra- rotatifs nécessaires pour constituer des aérogénéra- teurs comprenant deux à quatre rotors.

Ce résultat est obtenu au moyen d'un rotor à au moins deux pales, caractérisé par le fait que chaque pale est multiplane et comprend : -un longeron en une seule pièce, formant à la fois au moins deux parties planes, des éléments de liaisons et une queue de pale ; et -des éléments profilés de bords d'attaque et de bords de fuite fixés latéralement sur les parties planes du longeron.

Les matériaux utilisés sont ceux de l'industrie aérospatiale à base de composés plastiques ou bien des matériaux ayant l'avantage de pouvoir tre recyclés ou d'tre renouvelables, par exemple les alliages d'alumi- nium sous forme de tôles ou de profilés obtenus par filage, ou encore le bois lamellé-collé.

Les éléments profilés qui constituent les bords d'attaque et les bords de fuite sont fabriqués en plu- sieurs éléments séparés ou bien d'un seul tenant, par exemple par filage.

De préférence, afin d'améliorer les caractéris- tiques aérodynamiques, sans pour autant affaiblir les liaisons, des éléments de profils sont fixés latérale- ment sur les éléments de liaison du longeron, pour don- ner à ces éléments de liaison des formes profilées.

Les éléments de liaison sont avantageusement disposés obliquement dans le sens de l'écoulement du flux d'air entre l'amont et l'aval, chacun de ces élé- ments décrivant une surface conique d'un angle diffé- rent selon son éloignement de l'axe de rotation du rotor.

Le longeron comprend alors, avantageusement, trois éléments de liaison inclinés respectivement d'en- viron 10°, 15° et 20° par rapport à une direction perpendiculaire à un axe longitudinal de la pale, en partant de la queue de la pale.

Dans une forme de réalisation préférée de l'in- vention, les éléments de bord d'attaque sont creux et forment des canalisations d'air ouvertes en bout de pale, des fentre d'admission d'air étant percées dans l'intrados desdits éléments et normalement fermées par des valves flexibles formant ressorts, aptes à s'ouvrir

sous 1'effet d'une différence de pression prédétermi- née.

Afin d'assurer le meilleur contrôle aérodynami- que ainsi qu'une sécurité de fonctionnement améliorée, les parties planes sont, de préférence, vrillées et exactement superposées par rapport à la direction du vent réel.

Par rapport au vent relatif, la partie plane inférieure (ou au vent) est donc légèrement en avant et la partie plane supérieure (ou sous le vent) légèrement en arrière. Lorsqu'on limite le régime de rotation du rotor par rapport à sa vitesse optimale, les parties planes décrochent simultanément et la partie plane supérieure se trouve partiellement masquée par la par- tie plane inférieure (figure 6 des dessins annexés). En régime de rotation optimale les parties planes forment au moins un canal venturi par rapport à la direction du vent relatif et la vitesse d'écoulement est augmentée dans l'espace intercalaire entre les parties planes, phénomène qui accroît la portance et le couple moteur (figure 5 des dessins annexés).

Selon le cas, les parties planes de chaque pale peuvent tre effilées ou rectangulaires.

Selon un agencement préférentiel, le rotor comprend deux pales dont les queues de pales sont en- castrées dans un fléau et réunies par un tirant qui s'oppose à la force centrifuge.

L'invention a aussi pour objet un aérogénéra- teur, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins deux rotors associés à deux alternateurs multiples à vitesse variable, fixés par l'intermédiaire de deux fourches aux sommets de deux flèches d'un support pivo- tant en V.

Afin d'améliorer l'aérodynamisme des alterna- teurs multipôles, nécessairement de grand diamètre, chaque alternateur multiple est contenu dans une enve- loppe r-igide en forme de coque, fixée sur l'une des fourches. Chaque enveloppe peut notamment avoir la forme d'une ellipsoïde de révolution, à axe horizontal, dont la section est plus ou moins aplatie.

Le fléau sur lequel sont fixées les queues de pales du rotor est relié par un carcan à l'arbre de l'alternateur correspondant. La longueur du fléau est sensiblement égale au diamètre extérieur de l'alterna- teur.

Les manoeuvres d'orientation ou de désorienta- tion par rapport à la direction du vent s'effectuent en désynchronisant temporairement l'un des alternateurs par rapport à l'autre, ou bien en manoeuvrant un volet aérofrein fixé à l'une des flèches.

Les caractéristiques précitées permettent d'améliorer la fabrication et l'exploitation d'un aéro- générateur birotor de puissance moyenne, par exemple de 2000 kW. par vent de 13 m/sec.. Dans ce cas, les rotors ont environ 40 m de diamètre et les alternateurs 6 m de diamètre.

Cet aérogénérateur birotor présente l'avantage d'tre plus simple et moins coûteux que deux aérogéné- rateurs monorotors usuels balayant la mme surface et portés à la mme hauteur de 50 m par exemple.

Brève description des dessins On décrira à présent, à titre d'exemples non limitatifs, différentes formes de réalisation de rotors conformes à l'invention, appliqués à un aérogénérateur

birotor, en se référant aux dessins annexés, dans les- quels : -la figure 1 est une vue de face d'un aérogé- nérateur birotor, équipé de rotors conformes à l'inven- tion ; -la figure 2 représente le mme aérogénérateur vu de profil ; -la figure 3 est une vue de face du rotor et de l'alternateur placés au vent de l'aérogénérateur des figures 1 et 2 ; -la figure 4 est une vue de face du rotor et de l'alternateur placés au vent, montrant également en pointillé la position de l'alternateur sous le vent ; -la figure 5, déjà décrite, est une vue en coupe de la pale biplane du rotor, montrant la direc- tion de l'écoulement en régime de fonctionnement nor- mal ; -la figure 6, déjà décrite, est une vue en coupe de la pale biplane du rotor, représentant l'écou- lement en séquence de décrochage aérodynamique; -la figure 7 est une vue en perspective éclatée des éléments constitutifs d'une pale biplane conforme à l'invention ; -la figure 8 est une vue en coupe et en détail, illustrant la structure d'une pale biplane en composé plastique ; -la figure 9 est une vue en coupe de la mme pale dans sa partie d'extrémité ; -la figure 10 est une vue en coupe du fléau cylindrique, illustrant 1'encastrement de la queue de pale ; -la figure 11 est une vue en coupe de l'un des éléments de liaison entre les deux parties planes ;

-la figure 12 est une vue en coupe du moule de fabrication d'un longeron en matériau plastique compo- site de la pale biplane ; -la figure 13 est une vue en coupe de l'empi- lement des lamelles collées en bois constituant une variante de réalisation du mme longeron ; -la figure 14 est une vue de face et en coupe partielle représentant une variante de réalisation d'un rotor à pales biplanes dont les plans sont rectangulai- res, ainsi que son alternateur ; -la figure 15, représente en coupe partielle, une des pales biplanes, du rotor de la figure 14, dont les bords d'attaque sont creux ;- -la figure 16 est une vue en coupe de la pale biplane de la figure 15 ; -la figure 17 est une vue en détail illustrant les fentres d'admission d'air dans la pale biplane creuse des figures 15 et 16 ; -la figure 18 est une vue en coupe de l'un des éléments de liaison de la mme pale biplane creuse.

Description détaillée de formes de réalisation préfé- rées de l'invention Les figures 1 et 2 représentent un aérogénéra- teur birotor, constituant une application avantageuse du rotor à pales biplanes conforme à l'invention.

Il est à noter que des applications d'un tel rotor sont possibles dans d'autres domaines techniques, tels que ceux des rotors de giravions ou des rotors basculants équipant certains aéronefs.

Par ailleurs, le rotor selon l'invention peut équiper des aérogénérateurs de types différents, tels que des aérogénérateurs à un ou quatre rotors.

L'aérogénérateur birotor des figures 1 et 2 comprend deux rotors, dont chacun est formé de deux pales biplanes 1,2 et 3,4 à pas fixe et à grande vitesse-spécifique. Chaque rotor est associé à un alternateur multiple sans engrenages et à vitesse variable 5,6 fixé par l'intermédiaire d'une fourche 7,8 (figure 4) au sommet de chacune des deux flèches 9,10 d'un support pivotant en V 11.

Selon la variante de réalisation représentée, les deux rotors sont coplanaires et contrarotatifs et un volet aérofrein 12 est fixé sur la flèche 9 du rotor au vent.

Sur la droite de la figure 1, on arepresente la manoeuvre de fixation de l'alternateur 6 sur la fourche 8 de la flèche 10.

Comme l'illustrent notamment les figures 4 à 6, chaque pale biplane, telle que 1, est formée d'une partie plane inférieure 13, ou au vent, atteinte en premier par le vent, et d'une partie plane supérieure 14, ou sous le vent, atteinte ensuite par le vent. Ces deux parties planes 13,14 forment une dièdre et sont vrillées et exactement superposées par rapport à la direction du vent réel. Dans la forme de réalisation des figures 3 à 11, les parties planes 13 et 14 sont effilées.

Les deux parties planes 13 et 14 de la pale 1 convergent pour former une queue de pale 18, qui est encastrée dans un fléau 19, lui-mme immobilisé par un carcan 20 sur l'arbre 21 de l'alternateur 5 correspon- dant.

Les deux pales 1 et 2 de chaque rotor sont réunies par un tirant 26 qui passe au travers des

queues de pales 18. Ce tirant 26 s'oppose à la force centrifuge.

Les parties planes 13,14 sont reliées par des éléments-de liaison 15,16,17 (trois sur les figures 3 et 4). Ces éléments 15,16 et 17 sont inclinés respec- tivement d'environ 10°, 15° et 20° par rapport à une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal de la pale 1, en partant de la queue 18 de celle-ci.

Le rotor et le stator de chaque alternateur multiples 5,6 sont contenus dans une enveloppe rigide en forme de coque 22. Dans la forme de réalisation de la figure 4, cette enveloppe est en forme d'ellipsoide de révolution, d'axe horizontal confondu avec celui de l'alternateur. Sa section est plus ou moins aplatie.

Chaque pale biplane, telle que 1, comprend un longeron 23, qui constitue à la fois et en une seule pièce les deux parties planes 13,14, les éléments de liaison 15,16,17 et la queue de pale 18. Des éléments profilés de bord d'attaque 24 et de bord de fuite 25 sont fixés latéralement sur les parties planes du lon- geron 23. Des éléments de profils 29,30 sont également fixés latéralement sur chacun des éléments de liaison 15,16,17.

Le longeron 23, à section variable ou constante, peut tre fabriqué à plat, à partir de composés plastiques, dans un moule 54 (figure 12) composé de pièces amovibles 55,56,57 qui permettent le démoulage. Il peut tre également fabriqué par empi- lement de lamelles collées 28 (figure 13).

Dans la forme de réalisation illustrée sur les figures 2 à 11, les éléments profilés de bord d'attaque 24 et de bord de fuite 25 sont des blocs fabriqués en mousse rigide plastique 31 et revtus de fibreS de

verre 32. Le longeron 23 est fabriqué en fibres de car- bone autour d'une âme en mousse rigide 33.

Selon une variante de réalisation, on a repré- senté sur les figures 14 à 18 une pale biplane partiel- lement creuse. Les deux parties planes 36,37 de cette pale sont rectangulaires et vrillées et les deux pales biplanes sont associées comme précédemment à un alter- nateur multiple 38 dont 1'enveloppe rigide 22 a une forme aplatie. La pale biplane 35 comprend un longeron 39 également en fibres de carbone et des éléments pro- filés de bord d'attaque 40 et de bord de fuite 41, fabriqués en tôles d'aluminium pliées ou par filage.

Dans le cas où l'on utilise des éléments profilés obte- nus par filage, ceux-ci sont vrillés par torsion et épousent le vrillage du longeron.

Des fentre d'admission d'air 42 sont percées dans l'intrados des deux éléments profilés de bord d'attaque 40. Ces fentres 42 débouchent dans deux canalisations d'air 43,44 ouvertes en bout de pale, formées dans les éléments profilés de bord d'attaque 40. Les fentres 42 sont fermées par des valves flexi- bles formant ressorts 45.

Les valves 45 se soulèvent lorsque le différen- tiel de pression entre l'intérieur des canalisations d'air 43,44 et la pression d'intrados atteint une valeur prédéterminée. Quand les valves 45 s'ouvrent, par exemple par vent de force excessive, il se produit une circulation d'air centrifuge, éjectée en bout de pale, qui limite le couple moteur et la vitesse de rotation du rotor.

Sur la figure 15, on a représenté en coupe l'organisation interne de l'alternateur 38 associé au rotor à pales biplanes.

De façon plus générale, les pales biplanes de chaque rotor peuvent tre remplacées par des pales mul- tiplanes, et notament triplanes, dont toutes les par- ties planes appartiennent à un longeron en une seule pièce, sur lequel sont fixés des éléments profilés de bord d'attaque et de bord de fuite.

Enfin, l'invention concerne non seulement les rotors à pas fixe, mais aussi les rotors à pas varia- ble.