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L'invention concerne des dispositifs pour régler la circulation de fluides dans des conduits.
Si la vitesse du fluide est non uniforme à travers la section de passage du courant de fluide, ceci peut avoir des conséquences indésirables. Par exemple, la vitesse peut être non uniforme en différentes régions à travers la section d'entrée d'un compresseur dynamique à aubes rotatives, en raison, notamment, de la' rupture de la veine fluide dans l'admission au compresseur, pour certaines conditions opératoires. Cette non uniformité, dans la vitesse d'entrée du fluide, peut amener le compresseur à présenter des à-coups ou phénomènes de pompage, ou, de toute façon, un comportement défectueux du point de vue du rendement.
Des conditions
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semblables de courant non uniforme peuvent intervenir dans le conduit d'admission formant compresseur d'un réacteur ou statoréacteur et déterminer un mauvais fonctionnement du système de combustion alimenté en fluide par le conduit susvisé. Lorsqu'une turbine à gaz est alimentée en fluide par un système de combustion principal, des conditions de combustion non uniformes, dans ce dernier système, peuvent avoir pour conséquence une vitesse non uniforme du fluide quittant la turbine, et ceci peut amener des troubles de fonctionnement, par exemple dans le système de réchauffag ou de post - combustion disposé en aval de la turbine.
En vue de pallier ces difficultés, l'invention consiste à prévoir, dans le courant d'un fluide circulant dans un conduit, une pluralité d'aubes ou volets disposés successivement dans la section de passage et s'étendant chacun longitudinalement dans la direction transversale au courant, chaque volet étant monté de façon pivotante autour d'un axe longitudinal par rapport à lui de façon à permettre de faire varier la résistance opposée par le volet au fluide se présentant à l'entrée, et des moyens étant prévus pour permet- tre de faire pivoter chaque volet indépendamment d'au moins certains des autres volets en correspondance avec les varia- tions de la vitesse du fluide incident venant se présenter dans la région du volet, cela dans un sens propre à s'opposer à de.telles variations sous l'effet de la-susdite résistance.
Sous la forme la plus rudimentaire, les vqlets peuvent être constitués par de simples plaques substantiellement alignées dans le courant fluide, de telle façon que leur épais- seur s'oppose au passage, ou dont certaines peuvent être inclinées par rapport au courant de telle façon que leur
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largeur constitue un obstacle variable avec leur inclinaison ou incidence, c'est-à-dire un obstacle croissant avec ladit'e inclinaison. De préférence cependant, les volets sont profilés en section transversale et même peuvent se présenter, dans leur position normalement inactive, avec une légère inclinaison vis-à-vis du courant.
Lorsque, par exemple, en réponse à une au @entation de la vitesse d'amenée du fluide dans la région du volet, l'inclinaison de celui-ci est augmentée, le courant de fluide dans cette région tend à être retardé sans qu'il en résulte de retard correspondant en d'autres régions de la section transversale de passage.
En variante par rapport à la commande indépendante du pivote- ment de chaque volet, on peut prévoir aussi la commande simultanée d'un groupe de volets indépendamment de celle des autres volets ou groupes de volets.
Lorsque les volets sont utilisés dans un conduit comprenant un corps central tel qu'une entrée de compresseur ou une sortie de turbine, ils présentent avantageusement la forme d'une série ou rangée autour du corps central, en avant des aubages du compresseur dans le premier exemple ou entre les aubages de la turbine et le système de réchauffage ou post-combustion dans le second cas. Lorsqu'ils sont utilisés dans un conduit n'ayant pas de corps central tel que susvisé, par exemple dans une unité de réacteur ou stato- réacteur, ils peuvent avantageusement former une sorte de .grille entre l'entrée du compresseur et le système de, combus- tion de ladite unité.
L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, supposé appliqué à un compresseur à courant axial, et des des-
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sins ci-annexés, lesquels complément et dessins ne sont, bien entendu, donnés surtout qu'à titre d'indication.
La fig. 1, de ces dessins, est une section longitu- dinale à travers le compresseur axial.
La fig. 2 est une vue en bout des volets d'admission dudit compresseur, à une échelle grandie.
Les fig. 3, 4, 5 et 8 sont des vues semblables, de cariantes de volets applicablesau compresseur de la fig. 1
Les fig. 6,7 et 9 sont des vues schématiques d'un compresseur, avec les divers systèmes de commande respectifs.
Dans le mode de réalisation des fig. 1 et 2, le compresseur axial comporte un.rotor 1 et un carter périphérique formant stator 2, avec des rangées alternées d'aubages mobiles 3 et d'aubages fixes 4 respectivement attachés au rotor et au stator, et disposées successivement dans le sens de traversée du fluide. En amont du rotor se trouve un corps d'entrée central fixe 5, disposé au centre du stator et de façon à former avec celui-ci une entrée annulaire 6. Une rangée d'aubes de guidage 7 sont disposées à la manière usuelle au travers de la section d'entrée en amont de la première rangée d'aubages mobiles.
Conformément à 1*. invention, il est prévu, notamment en amont ou à l'entrée des aubes de guidages, une rangée de volets 8, dont chacun s'étend radialement entre le corps central 5 et le carter 2 du stator, en étant monté de façon pivotante autour d'un axe radial. A cet effet, les volets ont à leurs extrémités intérieure et extérieure, respectivement, deux pivots 9 et 10 qui s'engagent dans es logements correspondants 11,12 de la structure fixe adjacente, pivots et logements ayant des faces terminales 13, 14 pour positionner radialement lesdits volets. Le pivot extérieur 9
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sur chaque volet présente un tourillon coaxial 15 qui s'étend à travers le carter de stator, et chaque tourillon de ce genre porte un bran de manivelle 16 extérieurement au stator.
Sur chaque bras est fixé un doigt ou maneton 17 qui peut ainsi tourner autour de l'axe du tourillon 15, selon un arc, notamment dans le sens aval du courant. Chaque doigt 17 vient s'appuyer sur une extrémité d'un ressort à lame 18 qui s'étend d'une façon générale dans le sens de l'aval à partir du doigt 17, l'autre extrémité dudit ressort étant fixé rigidement par un rivet 19 à une pièce 20 solidaire du stator. L'ensemble, est tel que la charge du ressort sur le doigt ou maneton 17 tend à s'opposer au pivotement du volet à partir de la position normale montrée sur la fig. 2, pour laquelle il est légèrement incliné par rapport à la direction du courant à l'entrée, le ressort étant'alors légèrement infléchi.
L'axe de pivotement de chaque volet est disposé en aval du centre de pression ou de poussée du volet, par rapport au fluide s'approchant dans la direction générale A, de sorte que prend naissance sur le volet un couple aérodynamique tendant à accroître son inclinaison ou incidence par rapport à la direction d'entrée, couple auquel s'oppose le ressort. Lorsque le courant à travers le passage d'entrée est normal et uniforme pour chaque volet, les divers volets seront semblablement et légèrement inclinés par rapport à la direction du courant à l'entrée. Lorsque la vitesse incidente du fluide sur un volet s'accroît, le couple aérodynamique sur ledit volet s'accroît également, ce qui l'amène à pivoter/ contre la charge de son ressort.
Le volet est alors dans une position (telle qu'indiqué en pointillé sur la fig. 2) pour laquelle il retarde substantiellement le courant local de fluide et ainsi tend à protéger les aubages du compresseur en amont du volet
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contre l'accroissement de la vitesse incidente du fluide.
Des butées d'extrémité 21, 22 sont prévues sur le stator, qui viennent en contact avec le bras 16 pour la position légèrement inclinée du volet et pour sa position la plus inclinée, de façon à s'opposer à ce que le volet ne dépasse ces positions extrêmes. Comme la charge du ressort n'a pas besoin alors d'augmenter avec le couple aérodynamique pour équilibrer suffisamment ce dernier, la tension du ressort peut être relativement faible, ce qui permet d'obtenir une sensibi- lité relativement élevée par rapport à la vitesse incidente du fluide. Cependant, le ressort doit être capable de ramener le volet à sa position normale lorsque ladite vitesse redevient elle-même normale.
Bien que les volets de la fig. 2 aient une section transversale de profil biconvexe symétrique, ils pour- raient aussi, comme montré pour les volets 8a de la fig.. 3, présenter un profil dissymétrique produisant une poussée ou portance à incidence zéro et donnant ainsi la possibilité de réduire l'inclinaison des volets dans la position normale représentée, mais il est possible que cela ne réduise pas les pertes, en raison de ce que des volets cambrés tels que Sa¯ donnent lieu à des pertes plus élevées que des volets symétriques, pour une incidence donnée.
Dans.les modes de réalisation représentés, les volets, dans leur position normale, sont semblablement inclinés, et pareille disposition est prévue pour la commande du,pivotement des volets. En conséquence, deux volets ou davantage, semblable. ment soumis à un accroissement de la vitesse d'approche du fluide, pivoteront simultanément, en restant parallèles les uns aux autres, et le fluide passant entre les volets tendra à les quitter avec une composante de vitesse circonférentielle
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Le mode de réalisation de la fig. 4 évite cette tendance. Selon ce dernier mode, on dispose une rangée cir- conférentielle de volets 8, 8b dans le conduit d'entrée d'un compresseur, en adoptant les mêmes dispositions générales que fig. 1 et 2, en ce qui concerne notamment le montage oscillant des volets.
Cependant, les paires adjacentes de volets sont montées, dans leur position normale, avec de légères inclinai- sons en sens inverse, de sorte que les bords d'attaque desdits volets soient plus rapprochés que leurs bords de fuite, et que le passage 25 entre eux soit divergent dans la direction du courant de fluide. Les pivots radiaux extérieurs d'une paire de volets sont munis dé tourillons 15 coaxiaux, l'un d'eux portant un élément ou secteur denté 26 et l'autre un bras 27 avec un élément ou secteur denté.complémentaire 28. Les secteurs dentés engrènent ensemble, de sorte que les angles de rotation des deux volets sont égaux et de sens contraire.
Un maneton ou doigt 17 disposé sur le bras 27 est propre à venir s'appuyer sur un ressort à lame 18 fixé rigidement, le stator comportant des supports de ressorts et des butées limiteuses de course comme dans le cas des fig. 1 et 2. Le mode opératoire du volet 8 portant le bras de manivelle est le même que celui des volets de la fig. 1, tandis que le second volet 8b oscille semblablement dans le sens opposé.
En conséquence le courant moyen entre les deux volets -est toujours disposé coaxialement.
On peut faire travailler dans un même groupe plus de deux volets. Ainsi, dans le mode de réalisation de la fig.
5, chaque volet 8, 8c a un tourillon ou arbre 15 et un secteur denté monté dessus. Les'secteurs dentés 29 des volets intermédiaires 8c du groupe sont disposés de façon à venir en
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prise avec les secteurs correspondants des autres volets adjacents. Les pales d'extrémité 8 d'un groupe ont des éléments dentés tronqués 30 en prise avec seulement un secteur denté adjacent 29. Un élément denté 30 porte un bras de manivelle 31 en prise avec un ressort 18 comme plus haut.
L'ensemble de la rangée de volets peut être divisée de cette manière, par exemple à raison de six groupes similaires et manoeuvrables indépendamment.
Dans chacun des modes de réalisation susvisés, la position normale des volets est choisie de façon à correspondre à une valeur déterminée de la vitesse moyenne du fluide incident attaquant la rangée de volets, chaque volet pivotant sous l'effet d'un accroissement local de cette valeur. D'une façon générale, cependant, la vitesse moyenne du fluide incident est sujette à des variations importantes. Les divers modes de réalisation suspécifiés peuvent être modifiés comme indiqué fig. 6, pour s'adapter aux variations de la vitesse moyenne. Les pièces 20, sur lesquelles les ressorts à lame 18 sont fixés, sont montés, non plus sur le stator 2, mais sur un anneau 35 embrassant extérieurement le carter du stator et tournant avec celui-ci. Dans un but de clarté, on a représenté seulement une pièce 20 sur la fig. 6.
Une articulation 36, sur l'anneau 35, est reliée par une bielle 37 à la tige de piston 38 d'un servopiston 39 opérant dans un cylindre 40, de façon. que le mouvement dudit piston fasse tourner l'anneau. Des passages 41, 42 aux extrémités du cylindre communiquent chacun avec des lumières 43,44 dans un distributeur 45. Ce dernier forme un cylindre 46 pour un piston-tiroir 47 déplaçable parallèlement au servopiston. Les extrémités élargies du piston-tiroir contrôlent des lumières correspondantes du
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distributeur. Celui-ci a une entrée 48 pour le fluide sous pression, communiquant avec la portion amincie du tiroir et avec des sorties d'échappement 49,50 opposées aux lumières 43,44. Un .levier 51 est articulé, à une extrémité, à la tige de piston 38 du servopiston 39 et s'étend transversalement à cette tige.
Une bielle 52 relie le tiroir à un point intermé- diaire du levier 51. L'autre extrémité du levier 51 est articulée à une tige 53 qui s'étend parallèlement à l'axe du tiroir et est reliée à l'extrémité libre d'un soufflet 54 disposé avec son axe parallèle à celui de la tige du piston.
L'extrémité du soufflet opposée au levier est attachée à la paroi d'une chambre fixe 55 entourant le soufflet. L'ensemble est tel que, sur contraction ou extension du soufflet, la tige de commande 53 amène le levier 51 à pivoter par rapport à la tige 38 du servopiston. Le tiroir 47 est alors déplacé de manière à admettre le fluide à l'une des lumières 43, 44, de sorte que le servopiston 39 est déplacé proportionnellement au déplacement du soufflet. Par ce déplacement du servopiston, le levier 51 pivote autour de son articulation sur la tige 53, ' et ramène ainsi progressivement le tiroir 47 à sa poation initiale.
L'intérieur du soufflet est relié à un collecteur de pression cinétique ayant des prises elles-mêmes reliées à six tubes de Pitot orientés vers l'amont du courant de fluide, ces tubes étant disposés uniformément autour de la section d'entrée du compresseur dans une région en avant de la rangée des volets 8. La chambre 55 entourant les soufflets est reliée à un collecteur de pression statique 58 ayant des prises elles- mêmes reliées à six tubes de pression statique 59 dirigés latéralement, chacun d'eux adjacent à l'un des tubes de Pitot.
Selon une variante, le collecteur de pression statique peut
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avoir une seule liaison avec un tube de pression statique 60 agencé de façon à répondre à la pression statique moyenne dans le courant incident. L'ensemble est tel que le soufflet se dilate sous l'effet d'un accroissement du rapport de la pression moyenne cinétique à la pression moyenne statique dans le courant incident à l'entrée. La liaison entre le servopiston 39 et ltanneau 35 est tel que le mouvement du soufflet, sur un accroissement dudit rapport, amène l'anneau à tourner dans une direction qui tend à infléchir'davantage les ressorts à lames 18.
Ainsi, les ressorts à lames exercent une plus grande charge sur les volets lorsque la vitesse moyenne en tête du fluide incident augmente, et la sensibilité du pivotement du volet en réponse à un accroissement local de la vitesse incidente est en rapport avec l'accroissement général de la vitesse moyenne incidente. Comme la différence de pression sur les soufflets est également une fonction de la densité du fluide venant frapper les volets, le dispositif agit de façon à accroitre la charge du ressort sur chaque volet en fonction de la densité du fluide, et par suite la charge du fluide sur le volet est accrue.
Dans le compresseur montré sur les fig. 1 et 2 ou comme modifié en référence à l'une des fig. 3 à 6, les charges aérodynamiques sur un volet ou sur un groupe de volets peuvent mener quelquefois à une vibration excessive. En conséquence, chaque volet 8 ou au moins l'un des volets coagissant avec un groupe est muni, ainsi que montré sur les fig. 1 et 2, d'une plaque d'amortissement fixée à un prolongement 63 du pivot intérieur 9 du volet. Le dash-pot cylindrique 64 entoure la plaque 62 avec seulement un légey jeu autour de la périphérie de cette dernière, qui est disposée diamétralement par rapport
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au dash-pot.
Celui-ci comporte une cloison radiale fixe 65 et un raccord 66 pour un fluide amortisseur au moins légèrement pressurisé, lequel peut être avantageusement de l'air prove- nant du tube çentral de Pitot 67 ménagé dans le corps central.
La plaque 62 et le dash-pot 64 coagissent de la manière connue pour amortir les vibrations dans le volet pivotant.
Comme variante pour faire pivoter le volet par la charge aérodynamique qui lui est appliquée, le volet peut être entraîné en rotation par une servo-commande, ainsi que montré sur la fig. 7. Le volet 8 est monté de façon pivotante comme dans le mode de réalisation des fig. 1 et 2, avec un tourillon . s'étendant radialement vers l'extérieur et un bras de manivelle 16 y fixé. Le doigt 17 est relié par une bielle intermédiaire 37 à une tige de piston 38 du servo-piston 39. La servo- commande comporte un 'cylindre, un distributeur, un tiroir avec des conduits de fluide correspondants, un soufflet et une chambre le contenant, ainsi qu'un dispositif cinématique tel que décrit en référence à la fig. 6, les chiffres de référence étant les mêmes'.
L'intérieur du soufflet est relié, comme dans le mode de réalisation de la fig. -6, à un collecteur de pression cinétique moyenne ayant des prises reliées à six tubes de Pitot dirigés vers l'amont du courant et répartis uniformément tout autour de. l'entrée du compresseur dans une région se trouvant à l'avant de la'rangée de volets 8.
La chambre'55 entourant le soufflet 54 est reliée à un tube de Pitot dirigé vers l'avant du courant et disposé dans la section d'entrée à l'avant du volet ...L'ensemble est tel que le soufflet se contracte sous l'effet d'un accroissement du rapport entre la pression cinétique à l'entrée du volet et la pression cinétique moyenne dans la section d'entrée. La liaison entre le servo-piston et
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la manivelle de commande est agencée de façon telle que l'inclinaison du volet augmente lorsque le soufflet se contracte. Dans ce mode de réalisation, et de façon similaire à ce qui est prévu sur la fig. 6, l'alimentation du fluide au distributeur peut être obtenue à partir d'une pompe entraînée par l'arbre du compresseur.
Bien qu'il y ait possibilité de commander le pivo- tement de chaque volet indépendamment, cela en prévoyant en combinaison avec chaque volet un système de commande tel que décrit dans le paragraphe précédent, une disposition d'ordre plus pratique consiste à commander plusieurs, par exemple six, groupes fragmentaires de volets adjacents à partir d'un système de commande associé à chaque groupe. Ainsi les volets de chaque groupe peuvent être disposés de façon générale,comme montré dans la fig. 5, pour laquelle lesdits volets ont tous leurs pivots radiaux à leurs extrémités extérieures, les volets intermédiaires du groupe ayant des secteurs dentés fixés sur leurs tourillons et étant en prise avec les secteurs correspondants de deux volets adjacents.
L'un seulement des volets du groupe comporte une manivelle fixée à ses secteurs dentés et reliée au servo-piston d'un système de commande tel que décrit en référence à la fig. 7. Le tube de Pitot relié à la chambre qui entoure le soufflet est disposé en amont du centre approximatif de la surface du groupe fragmentaire de volets. Les vannes successives du groupe sont disposées avec des inclinaisons égales mais opposées à chaque instant. Les soufflets des systèmes de commande des divers groupes de volet sont reliés à un collecteur commun 56.
Selon une variante, les groupes de volets commandés sélectivement comprennent chacun un nombre comparativement faible, en particulier de deux volets, déposés selon un segment,
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de l'anneau d'entrée', comme représenté sur la fig. 8. Les deux volets 8µ¯ ont chacun des pivots 15 et des bras de manivelles 17, 17a.Le bras 17 sur le volet 8 est relié à la bielle 37 servo-commandée comme décrit en référence à la fig. 7. Le bras 17a sur l'autre volet 8a est relié de façon articulée, par une bielle 72, à un prolongement 73 du bras 17, de sorte que le volet 8a est forcé de tourner de façon similaire mais en sens inverse par rapport au volet 8. Des butées d'extrémité peuvent être prévues pour chaque volet com- me dans le cas de la fig. 2.
Le tube de Pitot local 70, associé avec chaque paire de vannes 8,8a, est disposé à mi- chemin entre eux. Dans certains cas, une rangée de volets disposés l'un par rapport à l'autre d'une façon similaire à celle décrite, peuvent être avantageusement prévus pour permettre d'obtenir un degré acceptable d'uniformité dans la vitesse d'entrée du fluide vers les rangées d'aubages suivants.
Il en est ainsi en particulier si les volets comportent une corde plus large que les aubages des rangées suivantes.
Il est évident que les volets comportant une servo- commande n'ont pas besoin d'être prévus pivotants autour d'un axe se trouvant en aval du centre de pression ou de poussée du volet. En fait, ainsi que montré sur la fig. 8, le pivot pourrait être prévu en amont du centre de pression ou de poussée de chaque volet, de sorte que le couple aérodynamique sur le volet tende à le ramener vers une position d'inclinaison minimum.
Une variante du dispositif de commande de celui de la fig. 7 avec des volets servo-commandés est montrée sur la fig. 9. Ce dispositif comporte six tubes de Pitot 57 dirigés vers l'avant du courant ainsi qu'un collecteur de pression
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cinétique, par conséquent comme décrit en référence aux fig.
6 et 7, et un tube de Pitot local 70 en amont d'un volet 8, comme montré sur la fig. 7. Le collecteur 56 et le tube 70 sont reliés aux-deux côtés opposés d'un diaphragme flexible 75 divisant en deux chambres une capsule de pression 76. Des contacts isolés 77,78 sont disposés sur les côtés opposés du diaphragme, lequel porte un contact mobile commun 79. Ces divers contacts sont reliés par des connexions 81,82 respecti- vement à un relais 83 constituant ainsi deux-paires de circuits 80,82 et 81,82.
Le relais est relié par des paires de circuits correspondants 84,86 et 85,86 à un moteur réversible 87, de façon à assurer la rotation du moteur dans une direction lorsque les contacts 78,79 sont en prise et dans l'autre direc- tion lorsque au contraire les contacts 77,79 sont en prise.
L'arbre du moteur porte une vis sans fin 88 en prise avec un secteur denté 89 sur le pivot 15 du volet 6. Un accroissement local de la vitesse du fluide venant frapper la volet, par rapport à la vitesse moyenne de fluide, ferme les contacts 77, 79 de façon à accroître l'inclinaison du volet 6 par rapport au courant. Comme la vitesse locale diminue par rapport à la valeur moyenne, l'action obturatrice du volet dans cette position influence le courant en amont du volet et éventuellemen provoque en fait une réduction temporaire de la vitesse locale en-dessous de la valeur moyenne. En conséquence les contacts 78,79 sont amenés à se fermer pour provoquer l'inversion du moteur et pour ramener le volet à son inclinaison initiale par rapport au courant.
Il est entendu qu'une pluralité de dispositifs de commande tels que décrits d'une façon générale ci-dessus peuvent commander chacun l'un de plusieurs groupes ou paires de volets,
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comme décrit en référence à la fig. 7, les tubes de Pitot 57 et le collecteur 56 étant encore commun à tous les dispositifs de commande.
Dans chacun des systèmes de servo-commande montrés sur les fig. 7 et 9, tels que modifiés d'une façon quelqonque décrite ci-dessus, le tube de Pitot local 70 peut être disposé en aval du volet ou du groupe de volet y associé, comme indiqué en 70a. Lorsque la position du volet est normale, le tube 70a agira sous l'effet d'une augmentation locale du fluide incident traversant le volet, de la même manière que le tube 70, amenant l'inclinaison du volet à s'accroître. Par suite, lorsque la vitesse incidente locale revient à la valeur moyenne, le volet qui était incliné amènera en fait une réduction temporaire et locale de vitesse au tube 70a, en suite de quoi le système de commande répondra de façon à ramener le volet à la position normale.
Par conséquent, le dispositif de cette variante travaille encore en réponse à des variations de la vitesse locale incidente du fluide. De même les tubes 57 pourraient être disposés en aval des volets comme indiqué en 57a.
Comme il va de soi, chacun des modes de réalisation de l'invention décrits dans ce qui précède en référence à un compresseur axial pourrait être adapté sans aucun changement de ses caractéristiques essentielles à une turbine, par exemple du type axial, ayant un cône d'échappement de 'forme conventionnelle entouré par un conduit ou une ouie d'échappement entre lesquels pourrait par exemple s'étendre la rangée de volets 8. Il est également évident qu'une grille de volets parallèles's'étendant entre les parois d'un simple conduit tubulaire de statoréacteur ou autre apparaissant, vu transver-
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salement, comme montré sur l'une quelconque des fig. 2 à 5 et 8, pourrait être commandée de façon substantiellement semblable à ce qui est prévu dans les divers modes de réalisation illustrés.