<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
MEMOIRE DESCRIPTIF Jf..... déposé à l'appui d'une demande de
EMI1.2
BREVET D I Id 'V' N T T 0 I AKTIENGESELLSCHAFT, Il Dispositif pour l'utilisation meilleure de l'énergie des gaz résiduaires des moteurs actionnant les appareils d'aviation ".
On a déjà envisagé d'utiliser directement l'énergie des gaz résiduaires des moteurs d'avions en mettant à profit le choc en retour des gaz résiduaires qui s'éohappent à l'air
<Desc/Clms Page number 2>
libre, pour la propulsion des appareils. A cette fin, on expulse les gaz résiduaires des cylindres du moteur dans une ohambre collectrice et on les fait sortir de cette chambre dans une direction opposée à celle que suit l'avion ( propulsion par jet d'échappement uniforme ); ou bien encore, on fait sortir les gaz de chaque cylindre séparément vers l'arrière, c'est-à-dire dans une direction opposée à celle que suit l'avion ( propulsion par jet d'échappement par chocs).
On a constaté que le dernier mode d'utilisation des gaz résiduaires est meilleur que le premier. l'ais il est encore très imparfait, car avec les conceptions usuelles des soupapes d'échappement, une partie relativement grande de l'énergie des gaz résiduaires est détruite par les mouvements tourbillonnaires.
Pour réduire ces pertes, on a déjà proposé de faire les soupapes d'échappement en forme de tuyères. Liais il n'est pas toujours possible de donner aux soupapes d'échappement la forme de tuyères, parce que cette réalisation exige que l'on donne aux têtes des cylindres une grande hauteur, ce qui est indésirable au point de vue de la résistance de l'air, ce que l'on doit, d'une façon générale, éviter. Hais, même dans les cas où l'on peut supporter cet inconvénient, il n'est pas pratiquement possible d'empêcher entièrement la destruction de l'énergie des gaz résiduaires en donnant aux soupapes d'échap- pement la forme de tuyères.
Le but de l'invention est un agencement ou une disposition en vue de l'utilisation de l'énergie des gaz résiduaires des moteurs d'avions dans laquelle la sortie des gaz résiduaires des divers cylindres à l'air libre est réglée de manière à obtenir,avec des échappements de cylindres ordinaires, un coefficient de rendement utilisable et à améliorer encore 1' utilisation de l'énergie des gaz résiduaires pratiquement ré-
<Desc/Clms Page number 3>
alisable avec les moteurs dont les soupapes ont la forme de tuyères.
Conformément à l'invention, on arrive à ce résultat en montant à l'extrémité échappement du oanal d'évacuation, qui fait suite aux ouvertures d'échappement du cylindre du moteur, une tuyère; cette tuyère est conçue de manière qu'il se produise lors du passage des gaz de combustion du cylindre, dans le canal à gaz résiduaires, une élévation de pression de courte durée dans ce canal et ainsi une augmentation de la vitesse d'échappement des gaz résiduaires dans la tuyère et partant un accroissement de la puissanoe en retour.
L'invention concerne ensuite l'application rationnelle de cet agencement aux moteurs dont les cylindres sont montés en série.
L'invention est illustrée par les dessins ci-joints, dont :
La figure 1 est une coupe longitudinale et médiane dans la tête du cylindre d'un moteur d'avion pourvu de l'agencement conforme à l'invention; la. figure 2 montre,sous l'aspect d'un diagramme,la relation existant entre le rendement du moteur et le rapport d'étranglement de la tuyère d'échappement d'une disposition suivant la figure 1 ; la figure 3 montre schématiquement une disposition analogue à celle de la figure 1 ; la figure 3a illustre l'allure de la pression du gaz résiduaire dans la disposition de la figure 3; la figure 4 montre une autre forme de tuyère d'échappement pour un dispositif conforme à la figure 1 ;
la figure 5 montre schématiquement une disposition analogue à celle de la figure 1, mais munie d'une tuyère conforme à la représentation de la figure 4 ; la figure 5a montre ltallure de la pression du gaz ré-
<Desc/Clms Page number 4>
siduaire dans la disposition de la figure 5 ; la figure 6 est une autre modalité de tuyère; les figures 7 et 8 sont respectivement une vue de face et une vue en projection horizontale d'un moteur à deux séries de cylindres disposés en V et muni d'un dispositif de récupération de la puissanoe des gaz résiduaires.
La figure 9 montre une forme de réalisation particulièrement opportune de cette disposition.
Dans la figure 1, la référence 1 désigne le cylindre d'un moteur à combustion,dans lequel le piston 3, en relation,, par la bielle 4,avec l'arbre à manivelle ( non représenté ), peut se déplacer alternativement. Le cylindre 1 est fermé, vers le haut, par le couvercle 2, dans lequel est montée une soupape d'échappement 6, commandée de la manière habituelle.
De l'autre côté du compartiment de combustion 5, la soupape d'évacuation 6 est en communication avec un canal d'évacuation 7, chargé d'évacuer les gaz de la combustion; l'extrémité de sortie de ce canal (8) est dirigée dans un sens opposé à celui du vol, qui est indiqué par la flèche a. Sur le canal 7 est montée une tuyère 8 qui, du côté de l'entrée, a la même section que le canal 7, mais qui va en se rétrécissant constamment vers l'extrémité de sortie.
Le fonctionnement de l'agencement est le suivant.
Après que la soupape d'évacuation 6 est ouverte, les gaz résiduaires se rendent de la chambre de combustion 5 dans le canal d'évacuation 7. La tuyère S,montée sur le raccord 7, étrangle l'échappement des gaz résiduaires à l'extérieur et provoque une élévation de pression dans le canal 7. Cette élévation de pression a, d'une part, pour conséquence de rendre plus difficile le passage des gaz résiduaires hors du cylindre, dans le canal 7 et ainsi de diminuer la puissance disponible à l'arbre à manivelle du moteur; d'autre part, elle provoque
<Desc/Clms Page number 5>
un accroissement de la'vitesse de sortie des gaz résiduaires à l'extrémité de la tuyère et partant augmente le choc en re- tour.
L'importance de la vitesse d'échappement des gaz résidu- aires à l'extrémité de la tuyère et partant celle de la puis- sance du choc en retour sont fonction, dans une disposition du genre de celle de la figure 1, du rapport du rétrécissement de la tuyère, c'est-à-dire de la valeur du rapport fD/fA des fA sections fD de la partie la plus étroite, à l'extrémité de la tuyère et fA à l'entrée de celle-oi.
Dans la figure 2, on a représentée pour une vitesse de vol donnée, la relation entre la puissance de progression d' un moteur muni d'une disposition conforme à la figure 1 et le rapport de rétrécissement fD/fA sous forme de diagramme. On y a porté en abscisses les valeurs du rapport de rétréoissement fD/fA et en ordonnées la puissance N. La courbe I de la figure
2 donne la puissance Nm disponible à l'arbre à manivelle du moteur ; la courbe II indique la puissance du choc en retour Nr ; la courbe III indique la puissance totale N, c'est-à- dire la somme Nm + Nr .La figure 2 montre que la puissance à l'arbre à manivelle Nm est d'autant plus petite que la va- leur fD/fA est plus petite.
Ceci doit être attribué au fait, ainsi qu'on lta déjà dit, de l'étranglement de la sortie des gaz résiduaires du cylindre. C'est l'inverse qui se produit pour la puissance du choc en retour r . Celle-ci augmente à mesure que diminue le rapport de rétrécissement fD/fA ; dans le , cas illustré par la figure 2, l'accroissement de N r se produit dans la zone comprise entre fD/fA = 1 et fD/fA = 0,6plus rapidement que la diminution de Nm dans la même zone. La conséquence est que la puissance totale N = IL. + Nr augmente à mesure que fD diminue, jusqu'à ce qu'elle atteigne la valeur de = fA qui constitue un maximum.
Il convient donc, dans un agence-
<Desc/Clms Page number 6>
ment conforme à la figure 1, de se servir d'une tuyère dont le rapport de rétrécissement soit compris entre 0,3 et 1.
On a constaté que la puissance totale réalisable avec un agencement conforme à la figure 1 est fonction, d'une ma- nière analogue, de la relation entre la valeur du rapport Vs/Vz
Vz de la capacité Vs du canal 7 et la cylindrée Vz du moteur.
Dans le cas d'une disposition conforme à la figure 1, il est avantageux de donner au canal 7 des dimensions telles que sa capacité soit à peu près égale à une gamme de trois dixièmes à la valeur totale de la cylindrée.
La conception de tuyère suivant la figure 1 convient particulièrement pour le cas où la pression extérieure, c'est- à-dire la pression régnant dans l'espace où s'échappent les gaz résiduaires ( atmosphère ) est plus grande, pendant la majeure partie du processus de l'échappement, que la pression critique déterminée par la pression et la vitesse régnant dans le canal 7, à laquelle se produit la vitesse de résonance.
Dans la figure 3, on a représenté schématiquement le dispositif conforme à la figure 1, tandis que la figure 3a illustre,sous forme de diagramme,l'allure de la pression peu de temps avant le commencement de l'échappement, c'est-à-dire quand règne une forte pression dans le cylindre. La référen- ce 15 désigne le cylindre d'un moteur, la référence 16 l'é- chappement du cylindre, la référence 17 le canal à gaz rési- duaires qui s'y raccorde et la référence 18 la tuyère exis- tant à l'extrémité de sortie de ce canal. Dans le cylindre 15 règne une pression p1 ( figure 3a ). quand on ouvre les ouver- tures d'échappement du cylindre 16, le contenu du cylindre s'échappe; la pression p1 tombe dans la zone des échappements 16 à la valeur p ( pression critique ) et cette pression s'observe dans la section la plus étroite.
Dans la partie plus large située derrière cette section minimum, de la section
<Desc/Clms Page number 7>
réservée au courant, jùsqu'à la valeur f ( section du canal 17 ), il se produit une chute de pression de pk à p1 ( pression intérieure dans le canal 17 ) qui reste à peu près constante dans la zone du canal 17. Dans la tuyère 18 qui suit, il se produit une nouvelle diminution de la pression p1 jusqu'à la pression extérieure p2, qui est plus grande que la pression p1 et la pression critique pik correspondant à la vitesse régnant dans le canal.
Lorsque la pression extérieure est, pendant la majeure partie de la durée du processus de l'échappement, plus petite que la pression critique déterminée par la pression et la vitesse régnant dans le canal 7, pression critique à laquelle se produit la vitesse de résonanoe, et si la vitesse à laquelle les gaz résiduaires parcourent le oanal 7 ( suivant la figure 1 ) est inférieure à la pression critique, on se sert, au lieu de la tuyère 8 de la figure 1 ou de la tuyère 18 de la figure 3, opportunément d'une, tuyère 20 conforme à la figure 4.
Cette tuyère 20 possède, vudans le sens du courant, tout d'abord un rétrécissement oontinu ( partie 21)de manière que sa sectionqui, à l'entrée, est égale à la section f du canal 7,.diminue insensiblement pour arriver à la valeur fD au point C. La partie 22 de la douille 20 située dans la direction de l'écoulement derrière le point C présente un évasement continu.
La figure 5 représente schématiquement un agencement à tuyère conçu de cette manière. La figure 5a montre l'allure des pressions peu après ltouverture des admissions ( donc quand il règne une forte pression dans le cylindre ). Cette allure des pressions jusqu'à la tuyère est analogue à celle de la figure 3a; il se produit alors dans la tuyère une détente des gaz à la pression extérieure P2,et au point le plus étroit C. rgne la pression critique pik.
<Desc/Clms Page number 8>
Si la vitesse à laquelle les gaz résiduaires du canal 7 (ou 17) arrivent à la tuyère est, pendant une partie importante du processus de l'échappement, égale à la vitesse critique ou plus grande que celle-ci, les conditions sont les mêmes que celles qui existent dans l'exemple de la figure 5, au point le plus étroit C de la tuyère 20. Conséquemment, on monte,dans ce cas, sur le canal 7 ( ou 17 )une tuyère 25, suivant la figure 6, qui, dans le sens du courant, présente seulement un évasement continu.
Les figures 7 et 8 représentent la vue de face et la vue en projection horizontale d'un moteur d'avion à deux sé-, ries de cylindres montée en V et muni de la disposition précédemment décrite. Les raccords à gaz résiduaires 34a - 34f et 35a - 35f,raccordés aux évacuations des cylindres 30a - 30f et 31a - 31f et qui portent chacun,à leur extrémité,une tuyère d'échappement 32a - 32f ou 33a - 33f respectivement, sont courbés de manière que l'échappement des gaz à l'air libre se fasse dans une direction opposée à celle du vol ( flèche b). Ces raccords sont des pièces creuses dont la section de passage est égale ou à peu près égale, sur toute la longueur, et la forme de la section circulaire, à l'entrée, se transforme insensiblement en une forme fortement aplatie.,à l'extrémité.
Les tuyères ont une forme aplatie du même genre.
Les côtés aplatis des raccords,qui, sur une partie de leur longueur,se trouvent à une faible distance les uns des autres, sont tournés l'un vers l'autre et les extrémités d'échappement des tuyères sont échelonnées les unes derrière les autres. Grâce à cette disposition, on réduit l'encombrement des tuyères dans le sens transversal au vol, ce qui est avantageux au point de vue facteur résistance de l'air.
La figure 9 montre une conception particulièrement avantageuse d'un moteur analogue à celui de la figure 8. Dans cette
<Desc/Clms Page number 9>
réalisation, les raccords à gaz résiduaires 36a - 36f et 37a - 37f sont courbés de manière que la direction de sortie des gaz résiduaires ( flèche 0 de la figure 9 ) fasse un angle aigu avec la direction du vol ( flèche d ). Dans cet arrangement, on n'utilise, il est vrai, que la oomposante de la puissance de choc en retour qui coïncide avec la direction du vol, pour la poussée en avant. Mais cette composante n'est, eu égard au fait que l'angle [alpha] est petit,que légèrement inférieure au choc total en retour et conséquemment la perte n'est que peu importante.
En même temps, on jouit de cet avantage que les extrémités d'échappement des tuyères, vues dans la direction du vol, peuvent se trouver les unes derrière les autres, de sorte que la résistance à l'air du dispositif est réduite plus encore, par suite de la diminution de l'encombrement dans le sens transversal.
Dans les dispositions conformes aux figures 7 - 9,il convient, pour réduire plus encore la résistance de l'air, de faire usage d'un abri coupe-vent (40 de la figure 9 ) dans lequel doit être ménagée une fente longitudinale (41) destinée à laisser passer les jets de gaz résidu- aireso Pour éviter des températures exagérément élevées des raccords à gaz résiduaires ( 34a - 34f, 35a - 35f, 36a - 36f, 37a - 37f ) et des tuyères d'échappement ( 32a - 32f, 33a - 33f ), on prévoit,sur le côté antérieur de cet abri,une ouverture 42 destinée à laisser passer l'air réfrigérant. Après avoir balayé les raccords et les tuyères à gaz résiduaires et leur avoir ainsi enlevé leurs calories, cet air passe à l'ex-. térieur par les fentes 41, avec les gaz résiduaires.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.