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"DISPOSITIF D'ECHAPPEMENT POUR MOTEURS A
COMBUSTION "INTERNE"
EMI1.1
La présente invention est relative à des perfec- tionnements aux dispositifs d'échappement de moteurs à combustion interne suralimentés pour l'aviation. Le but principal de la présente invention est d'utiliser les gaz d'échappement du moteur à combustion interne de l'avion, soit pour produire un effort de propulsion sur l'avion, soit pour réduire la traînée d'une couche voisine d'air sur la surface de l'avion, soit dans ces deux buts.
On a constaté selon l'invention que l'on peut obte- nir finalement un gain dans la vitesse de l'avion en rétré- cissant la sortie du tuyau d'échappement de façon à augmen- ter la pression dans celui-ci et en évacuant ces gaz par un ou plusieurs orifices en forme de tuyères, dirigés vers
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l'arrière par rapport à l'avion, ce qui produit une poussée vers l'avant sur le tuyau d'échappement égale à l'impulsion vers l'arrière par l'échappement par rapport à l'avion. En conséquence, on peut obtenir un gain dans la poussée vers
1' avant qui surpasse la perte de puissance due à la contre- pression s'exerçant sur le moteur.
Conformément à la présente invention, on augmente la pression des gaz d'échappement dans le ou les tuyaux d'échappement en donnant à l'orifice ou aux orifices de sortie de ce ou de ces tuyaux la forme de tuyères rétrécies d'où les gaz d'échappement sortent vers l'arrière à grande vitesse de sorte qu'ils exercent sur l'avion une poussée plus grande que la perte de poussée des moyens de propulsion mécaniques actionnés par le moteur du fait de la perte de puissance du moteur due à la contre-pression des gaz.
A titre de variante ou en même temps, les gaz d'échappement peuvent être évacués par la tuyère rétrécie dans une couche d'air voisine s'écoulant sur la surface de l'avion de façon à supprimer des tourbillons dans une couche voisine et à accélérer son écoulement.
De préférence, les gaz d'échappement d'un certain nombre de cylindres sortent dans un tuyau d'échappement unique faisant saillie vers l'arrière, qui peut comporter à son extrémité un seul orifice en forme de tuyère rétrécie.
Dans un moteur pouvant être appliqué à un certain nombre d'aéroplanes différents, la contre-pression d'échap- pement la meilleure sera sensiblement proportionnelle au carré de la vitesse de l'aéroplane et le gain net c'est-à- dire le gain dû à la poussée produite par l'impulsion d'é- chappement moins la réduction de puissance du système de
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propulsion mécanique tel que l'hélice, varie également approximativement comme le carré de la vitesse de l'aéro- plane.
Par exemple, pour un moteur développant une puis- sance maximum, à 4.570 mètres, à une pression de suralimen- tation de 0,42 kg cm2 ou 1,45 kg cm2 de pression absolue dans le tuyau d'aspiration, on a dans le tableau ci-dessous les pressions d'échappement approximatives qui doivent être utilisées et le gain à attendre dans la poussée effective sur l'aéroplane exprimé en pourcentage de la puissance du moteur.
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Vitesse <SEP> de <SEP> l'avion <SEP> en <SEP> km <SEP> à <SEP> l'heure <SEP> Pression <SEP> d'échappe- <SEP> gain <SEP> net
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La pression d'échappement optimum n'est absolument pas critique, par exemple une augmentation de 100% ou une réduction de 66% de la pression d'échappement au-dessus ou en dessous de la pression optimum n'affecte pas énormément le gain net de poussée mais un changement de pression bien au delà de ces limites réduit beaucoup la différence entre la poussée due à l'impulsion d'échappement et la perte de puissance de l'arbre de l'hélice due à la contre-pression d'échappement.
Ainsi, pour l'aéroplane marchanda 482 km.h. avec un
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moteur ayant une pression absolue d'admission de 1,45 kg cm2, la pression d'échappement peut varier entre 0,07 et 0,042 kg cm2 sans réduire le gain net de poussée en dessous de 5,5% tandis que le gain optimum avec une pression d'échap- pement de 0,021 kg cm2 est de 8%.
Pour des moteurs suralimentés à des pressions d'ad- mission plus élevées ou à de plus grandes altitudes, la pression d'échappement optimum est sensiblement proportion- nelle à Impression d'admission et à l'inverse de la racine carrée de la densité de l'atmosphère à l'altitude optimum pour le moteur. Par exemple, un avion marchant à 643 km.h. à 6.096 m. avec un moteur ayant une pression d'admission absolue de 0,196 kg cm2, présente un rendement optimum avec une pression d'échappement de 0,548 kg cm2, le gain net en ce cas étant d'environ 20%.
Pour obtenir la poussée maximum, les gaz d'échap- pement doivent sortir à une vitesse égale à au moins deux fois celle du courant d'air au voisinage de leur sortie.
De façon à obtenir la poussée maximum due aux gaz d'échappement, il est bon de ne pas dissiper la chaleur dans le tuyau d'échappement. Il peut cependant ne pas être possible d'éviter une certaine perte de chaleur et une façon plus économique d'utiliser la chaleur peut consister à en- tourer les tuyaux d'échappement par des tunnels dans lesquels un courant d'air passe à faible vitesse. Le courant d'air pénètre dans le tunnel par un orifice évasé de façon à con- vertir la vitesse en pression et, après s'être écoulé tout autour du tuyau d'échappement, ce courant d'air sort par une tuyère rétrécie, étant ainsi éjecté à une vitesse supé- rieure à celle à laquelle il est entré dans le tunnel.
Ce
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procédé présente un avantage consistant non seulement en ce que la chaleur perdue du tuyau d'échappement est utilisée pour:.produire une poussée mais encore que le tuyau d'échap- pement est isolé dans une colonne d'air et, en évacuant cet air au même point que les gaz d'échappement, ces derniers peuvent sortir plus près de la surface de l'avion sans qu'il se produise d'effets nuisibles sur cette surface, à vitesse élevée. Les gaz d'échappement peuvent sortir dans une couche voisine d'air s'écoulant sur l'avion de façon à augmenter la vitesse d'écoulement de cet air sur l'avion et, en ce cas, ils sont de préférence évacués en un endroit où la couche d'air voisine exerce une traînée sensible sur l'a- vion.
En évacuant ces gaz parallèlement (ou sensiblement parallèlement) à la surface externe de l'avion, ils régula- risent l'écoulement de la couche voisine sur cette surface et ils réduisent sensiblement la traînée exercée sur l'avion par cette couche voisine.
Les gaz d'échappement peuvent sortir à l'intérieur d'un tunnel ou d'un capotage dans lequel passe une partie du courant d'air extérieur et dans lequel est logé un radia- teur ou autre surface d'échange de chaleur du moteur mais, de préférence, ils sortent directement dans le courant d'air extérieur.
On a représenté quelques exemples de réalisation de l'invention sur ledessins schématiques annexés dans lesquels :
La figure 1 est une vue en plan d'un tuyau d'é- chappement selon l'invention, servant à desservir une ran- gée de six cylindres en ligne;
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La figure 2 est une vue en bout par l'avant du tuyau d'échappement représenté sur la figure 1;
La figure 3 est une vue en élévation de côté et
La figure 4 une vue en plan du bec du fuselage de l'avion dans lequel est logé un moteur comportant un tuyau d'échappement d'un autre type;
La figure 5 est une vue en plan d'un avion à un seul moteur;
La figure 6 est une vue en élévation de côté et
La figure 7 une vue en bout du même avion compor- tant des tuyaux d'échappement disposés autrement;
La figure 8 est une vue analogue à la figure 5;
La figure 9 est une vue analogue à la figure 6 ;
La figure 10 est une vue analogue à la figure 7 (mais ne représentant qu'une moitié) d'un avion à un seul moteur, mais dans lequel les tuyaux d'échappement sont dis- posés autrement ;
La figure 11 est une coupe suivant la ligne 11-11 de la figure 8, à plus grande échelle.
Sur les figures 1 et 2, A est la rangée de cylin- dres, A1 le capotage de l'avion, B le tuyau d'échappement dans lequel les gaz d'échappement arrivent par des tuyaux courts B1 reliant le tuyau d'échappement aux orifices d'échappement de chacun des cylindres.
On voit que le tuyau d'échappement a une forme sen- siblement aérodynamique, en allant en se rétrécissant vers sa sortie'représentée en C, l'effilement étant fait suivant des principes connus de façon à obtenir une conversion de l'énergie de pression en énergie cinétique. La sortie a
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une section transversale plus faible que celle du restant du tuyau d'échappement et est dirigée vers l'arrière c'est- à-dire qu'elle évacue les gaz d'échappement dans la direc- tion de l'écoulement de l'air au point d'évacuation. La forme ainsi donnée au tuyau d'échappement a pour effet d'aug- menter la pression des gaz d'échappement à l'intérieur de ce tuyau et de convertir la pression en énergie cinétique dans les gaz, à la sortie, de sorte, qu'ils quittent le tuyau d'échappement à grande vitesse.
La forme du tuyau d'échappement représenté pré- sente d'autres avantages. La tuyère convergente tend à sup- primer les flammes et est sensiblement plus silencieuse qu'un tuyau à diamètre constant. Elle amortit la turbulence des gaz à l'intérieur du tuyau et réduit considérablement leur température de sortie puisqu'il se produit une réduc- tion de température correspondant à la réduction de pression et à l'augmentation de la vitesse des gaz provoquées par le tuyau d'échappement à la sortie de celui-ci.
En outre, du fait de leur énergie,due à leur grande vitesse, les gaz peuvent être évacués parallèlement à la surface de l'avion et près de celui-ci, le courant d'air induit autour de la sortie du tuyau d'échappement empêchant de brûler la surface.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures 3 et 4, D est le fuselage de l'avion, D1 les ailes monoplans, D2 l'hélice actionnée par le moteur E qui com- porte deux rangées de cylindres desservis par deux tuyaux d'échappement F et F1. Sur la plus grande partie de leur longueur, ces tuyaux d'échappement sont à l'intérieur du
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fuselage mais ils comportent des extrémités aplaties F2 qui traversent les côtés du fuselage et ils sont conformés de façon que leur dessus et leur dessous convergent et qu'ils présentent des orifices rétrécis F3. Les parties ont la forme voulue pour augmenter l'énergie cinétique des gaz à leur sortie, aux dépens de la contre-pression comme dans l'exemple ci-dessus décrit.
Les tuyères 23 éva- cuent les gaz vers l'arrière et vers le bas, vers le-bord arrière des pieds des ailes D1, à l'endroit où elles se raccordent au fuselage. Normalement, en cet endroit, il se produit des tourbillons qui sont une source de traînée sur l'avion et en évacuant les gaz d'échappement en cette di- rection, les tourbillons sont supprimés, la traînée est réduite et le rendement aérodynamique de l'avion est amé- liorée.
Dans l'exemple de réalisation de l'invention re- présenté sur les figures 5, 6 et 7, l'avion est un monoplan à ailes basses, le fuselage étant représenté en G, les ailes en G1, le moteur en G2 entraînant une hélice G3. Deux tuyaux d'échappement du moteur sont disposés dans des tunnels H dans lesquels un courant d'air arrive par l'avant et sort par l'arrière. Le tunnel a une forme évasée à partir de son orifice H1 (figure 6) de façon à convertir en pression une partie de l'énergie cinétique du courant d'air qui entre et il est rétréci à l'arrière comme on le voit en H2 sur la figure 6 de façon à retransformer l'énergie de pression en énergie cinétique.
Les tuyaux d'échappement comportent des extrémités en forme de tuyères, comme on le voit en H3 sur les figures 5 et 6 et, ils évacuent les gaz à l'extérieur
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des tunnels H à grande vitesse en les envoyant le long des côtés du fuselage. En même temps, la pression de l'air dans les tunnels H est augmentée du fait que cet air reçoit de la chaleur des tuyaux d'échappement et cette pression étant convertie en énergie cinétique à la sortie du tunnel exerce également une poussée vers l'avant.
. Dans l'exemple représenté sur les figures 8 à 11 incluses, l'avion est du même type et les parties analogues sont désignées par les mêmes références. Toutefois en ce cas, les tuyaux d'échappement J et leurs tunnels J1 se continuent vers l'arrière, à l'intérieur du fuselage, et se prolongent le long des ailes G1, les gaz d'échappement sortant par des fentes, étroites allongées K disposées dans les surfaces supérieures des ailes et qui agissent comme des tuyères. Les tunnels à air J1 se prolongent encore da- vantage et l'air les quitte par des orifices étroits allon- gés K2, ménagés dans l'aile, en subissant une conversion de l'énergie de pression en énergie cinétique avant de sortir.
Au lieu qu'il y ait un seul orifice K dans chacune des ailes, il peut y avoir un certain nombre d'orifices et si les ailes étaient épaisses, il pourrait être préférable d'avoir un certain nombre d'orif ices.
Ce procédé d'évacuation des gaz d'échappement a pour effet que les gaz d'échappement, ainsi que le courant d'air qui passe dans les tunnels entourant les tuyaux d'é- chappement, provoquent une régularisation des tourbillons le long de la surface supérieure de l'aile et accélèrent l'écoulement de la couche d'air voisine se trouvant au-des- sus ce qui réduit la traînée sur les ailes et augmente la
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vitesse de l'aéroplane vers l'avant.