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PERFECTIONNEMENT AUX REACTEURS A ECOULEMENT PULSA@OIRE.
On a déjà proposé, dans les réacteurs dont le jet est produit par un flux de gaz à écoulement continu (turbo-réacteurs et stato-réacteurs), de diluer la masse de gaz chaud venant de la turbine ou de la chambre de com-- bustion, en la mélangeant avec une masse d'air froid aspiré en un point con- venable, en vue d'augmenter la poussée par augmentation de la masse gazeuse éjectée sans augmentation de la consommation. On a ainsi essayé de jouer sur le fait que la poussée produite est égale à la différence des quantités de mouvements de la masse d'air entrant et de la masse d'air sortant, tandis que l'énergie dépensée est proportionnelle à la différence des énergies cinéti- ques de l'air entrant et de l'air sortant, différence dans laquelle inter- vient celle du carré des vitesses.
A cet effet, dans les réacteurs du type indiqué, on a prévu un circuit auxiliaire d'air aboutissant entre la turbine et la tuyère d'éjection, et muni d'un compresseur à basse pression ou librement ouvert à l'atmosphère de manière à prendre l'air de dilution à la vitesse de vol.
On a également proposé d'aspirer l'air de dilution au moyen d'u- ne sorte de trompe fonctionnant sous l'effet des gaz sortant de la turbine et intercalée entre la sortie de la turbine et la tuyère d'éjection.
La présente invention a pour objet l'application d'une admission d'air supplémentaire aux réacteurs dans lesquels la masse de gaz produisant le jet est non plus à écoulement continu mais à écoulement pulsatoire, réac- teurs qui sont souvent dénommés pulso-réacteurs et qui dérivent plus ou moins des appareils de propulsion des premières bombes volantes.
Cette application donne un résultat très particulier car, au lieu de mettre en oeuvre un simple effet de trompe ou un simple mélange de l'air
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supplémentaire et du jet de gaz qui est ainsi dilué, avec entraînement des molécules de l'air de dilution par frottement avec celles du jet de gaz, el- le permet d'utiliser la bouffée de gaz chauds s'échappant à chaque coup de la chambre d'explosions ou de combustions, pour lui faire jouer le rôle d'une sorte de piston lancé à grande vitesse et venant pousser l'air de di- lution qui a été mis en place par aspiration, à la fin de la bouffée précé- dente, dans une capacité convenablement aménagée à l'arrière de l'appareil, avant la tuyère de sortie de la masse totale.
Au lieu d'une dilution avec mélange et frottement, on a alors sur l'ensemble de la bouffée de gaz chauds et de l'air supplémentaire une véritable augmentation de la quantité de mou- vement à énergie cinétique constante. Ceci permet d'améliorer, d'une manière considérable et imprévue, la poussée et le rendement des réacteurs à écoule- ment pulsatoire.
La capacité dans laquelle se produit l'échange de quantités de mouvements comporte, à son origine, un divergent, dans lequel débouche le tu- be d'échappement de la chambre de combustion et qui est déterminé de manière à supporter l'augmentation de poussée afin d'éviter de perturber le régime de l'écoulement pulsatoire en amont. Ce divergent est précédé d'un ou de plu- sieurs orifices s'ouvrant à l'atmosphère pour l'introduction de l'air supplé- mentaire et pouvant être, s'il y a lieu, munis d'un convergent.
Dans sa demande de brevet belge N 391.486, déposée le 9 Mars 1951, pour "Perfectionnement aux tubulures traversées par des gaz en écoule- ment pulsatoire", la Demanderesse a déjà décrit une forme de tubulure de sor- tie applicable, en particulier, aux pulso-réacteurs, qui permet d'obtenir des entrées d'air entre les bouffées successives et une augmentation de la quantité de mouvement du flux éjecté par la mise en vitesse de l'air ainsi admis. Cette dilution,qui se fait par l'arrière de la tubulure d'éjection, présente l'inconvénient de donner lieu à des inversions de vitesse qui vien- nent amoindrir l'effet final. Cet inconvénient, sensible aux vitesses d'utili- sation élevées, est évité dans le dispositif de l'invention par le fait que l'air supplémentaire est admis dans le sens de l'écoulément des gaz.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La fige 1 montre, en coupe axiale schématique, un mode de réali- sation d'un pulso-réacteur perfectionné selon l'invention.
Les fig. 2 et 3 sont des coupes schématiques de deux variantes.
Sur la fig. l, on voit en 1 la chambre d'explosions ou de com- bustion pulsatoire d'un pulso-réacteur destiné à propulser un mobile dans le sens de la flèche f. L'air atposphérique est admis dans cette chambre pério- diquement entre les explosions ou combustions successives par un dispositif quelconque approprié qui ne forme pas, en lui-même, l'objet de l'invention.
Gomme on le voit, ce dispositif peut comporter une grille de clapets ou bien une tubulure 2 librement ouverte mais agencée de manière à avoir une perméa- bilité plus grande dans le sens d'écoulement qui correspond au remplissage de la chambre de combustion que dans le sens inverse qui permettrait un é- chappement des gaz brûlés de cette chambre. Des tubulures de ce genre sont déjà connues.
Le combustible est admis d'une façon permanente dans l'air in- troduit dans la chambre au moyen d'un dispositif bien connu et non représen- té. Les explosions ou combustions successives, une fois amorcées par un moyen convenable, se produisent automatiquement à la fréquence du tuyau sonore que constitue la chambre 1 et son tuyau d'éjection 3.
Ce dernier, au lieu de déboucher directement dans l'atmosphère, pour utiliser directement en réaction l'énergie du flux pulsatoire de gaz qu'il laisse échapper, comme dans les pulso-réacteurs actuellement connus, débouche dans une capacité arrière où se font la mise en place et la mise en vitesse d'un flux d'air supplémentaire. Cette capacité comprend un divergent
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4 qui peut être soit suivi d'une tubulure d'éjection cylindrique ou autre 5, soit déboucher directement dans l'atmosphère. Le diamètre de l'ouverture d'en- trée 6 du divergent 4 peut être plus grand que le diamètre du tube 3,de ma- nière à ménager un intervalle annulaire, suffisant par lequel peut pénétrer l'air atmosphérique.., Un convergent 7 assure la mise en vitesse de celui-ci pour le faire passer par l'orifice 6.
L'expérimentation d'un tel appareil a permis de constater une augmentation de poussée très importante et inattendue par rapport au fonction- nement du pulso-réacteur ordinaire dans lequel la tuyère 3 formerait directe- ment, dans l'atmosphère, le jet propulsif, le dispositif 4, 5, 7 n'existant pas. Les essais systématiques effectués ont permis de mettre en évidence le fait que la bouffée de gaz chauds à grande vitesse, sortant par le tube 3 après chaque explosion ou combustion dans la chambre 1, Vient heurter l'air frais admis depuis la fin du coup précédent dans la capacité arrière 4, 5.
Au moment de la sortie de la bouffée du tube 3, la pression monte dans le divergent 4 du fait de la, rencontre de la bouffée et de l'air de la capaci- té 4, 5 dont la vitesse relative par rapport à ladite capacité est de l'or- dre de la vitesse d'avancement du pulso-réacteur dans l'air. Le jet de gaz chauds s'épanouit et colle à la paroi du divergent 4 sur une certaine lon- gueur, tandis qu'il repousse devant lui l'air frais, comme le ferait un pis- ton. Il y a ainsi transformation avec augmentation de quantité de mouvement à énergie cinétique constante, dans les meilleures conditions, entre la bouf- fée de gaz sortant du tube 3 et l'air remplissant la capacité 4, 5.
La vites- se de sortie de l'ensemble de la tuyère 5 est réduite par rapport à la vites- se de la bouffée sortant du tube 3,mais la quantité de mouvement et finale- ment, la poussée, peut être beaucoup plus grande en raison de l'augmentation de la masse totale sortant du tube final 5, et ce, à consommation constante de combustible dans la chambre 1.
Bien entendu,comme la vitesse finale de sortie doit dépasser la vitesse relative du réacteur par rapport à l'air ou, à la limite, être égale à cette vitesseil convient d'avoir une vitesse relativement grande à la sor- tie du tube 3, ce qui conduira, en général, à donner à ce tube un diamètre plus petit que dans les pulso-réacteurs ordinaires où la tubulure de sortie a à peu près le même diamètre que la chambre de combustion et forme très sen- siblement avec elle un tuyau cylindrique.
A la fin de l'écoulement, le flux de gaz et d'air laisse derriè- re lui une dépression qui permet à la chambre de combustions ou d'explosions 1 de se remplir par la tubulure d'entrée 2, et à la capacité arrière 4, 5, par l'orifice 6. Après l'explosion ou la combustion suivante, les phénomènes indiqués se reproduiront et ainsi de suite.
On comprend que les phénomènes sont très différents de ceux qui se produiraient dans un réacteur à écoulement permanent tel qu'un turbo-réac- teur où le jet de gaz sortant de la tuyère 3 serait continu. En effet, dans le régime permanent d'un tel appareil, l'air de dilution constamment admis par l'orifice 6 le serait par effet de trompe. Les molécules de cet air arri- vant concentriquement au jet de gaz s'écoulant constamment de la tuyère 3 se- raient entraînées par frottement et chocs locaux de molécules., conduisant à des pertes.
Le rôle de la partie élargie ou divergente 4 de la capacité ar- rière est très important, car si cette partie n'existait pas, la partie arriè- re étant., par exemple cylindrique dans le prolongement du tube 3, l'onde de pression résultant du choc des gaz chauds contre l'air se propagerait non seu- lement vers l'arrière mais également vers l'avant en perturbant le régime de 'pression et d'écoulement dans le tube 3 et la chambre 1. La partie divergente 4 empêche cette propagation de l'onde de pression en amont et elle supporte l'augmentation de poussée résultant de la transformation de quantité de mouve- ments entre¯les gaz chauds et l'air frais.
Plusieurs variantes peuvent être imaginées. Ainsi, dans le mode de réalisation de la fige 2, le convergent 7 est supprimé et la partie diver- gente 4 directement raccordée au tube 3 est munie de plusieurs orifices annu- laires 6a sur l'entrée de l'air supplémentaire.
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-Dans la variante de la fig. 3, l'air supplémentaire est con- duit vers l'orifice 6a par un carénage 8, de forme divergente, dans lequel le vent relatif pénètre par l'orifice annulaire 9 et qui assure une transforma- tion de la vitesse de ce vent en pression, de manière à augmenter la densité de l'air supplémentaire introduit en 6a.
Il va d'ailleurs de soi que des modifications peuvent être ap- portées au perfectionnement qui vient d'être décrit, notamment par substitu- tion de moyens techniques équivalents, sans que l'on sorte pour cela du cadre de la présente invention.
REVENDICATIONS.
1. Un perfectionnement aux réacteurs à écoulement pulsatoire, consistant à prévoir dans le trajet du jet de gaz chauds issu de la chambre d'explosion ou de combustion pulsatoire une admission d'air supplémentaire destiné à être poussé par la bouffée de gaz à grande vitesse qui suit cha- que explosion ou combustion, l'orifice d'admission d'air étant suivi d'une partie tubulaire élargie servant à supporter l'augmentation de poussée.
2. Réacteur selon 1. dans lequel la chambre d'explosion ou de combustion pulsatoire est suivie d'une tube de diamètre plus petit que ce- lui de cette chambre, de manière à augmenter la vitesse des gaz éjectés.
3. Réacteur selon 1. ou 2. dans lequel le ou les orifices d'ad- mission de l'air supplémentaire ont une forme annulaire et sont précédés d'un convergent pour la mise en vitesse de cet air.
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